问题 解答题

已知(x+1)n=a0+a1(x-1)+a2(x-1)2+a3(x-1)3+…+an(x-1)n,(其中n∈N*

(1)求a0及Sn=a1+2a2+3a3+…+nan

(2)试比较Sn与n3的大小,并说明理由.

答案

(1)取x=1,可得 a0=2n. …(1分)

对等式两边求导,得n(x+1)n-1=a1+2a2(x-1)+3a3(x-1)2+…+nan(x-1)n-1

取x=2,则Sn=a1+2a2+3a3+…+nan=n•3n-1.       …(4分)

(2)要比较Sn与n3的大小,即比较:3n-1与n2的大小,

当n=1,2时,3n-1<n2;  当n=3时,3n-1=n2; 当n=4,5时,3n-1>n2. …(6分)

猜想:当n≥4时,3n-1>n2,下面用数学归纳法证明:

由上述过程可知,n=4时结论成立,

假设当n=k,(k≥4)时结论成立,即3k-1>k2

当n=k+1时,3(k+1)-1=3•3k-1>3k2

而3k2-(k+1)2=2k2-2k-1=2k(k-1)-1≥2×4×3-1=23>0,

∴3(k+1)-1>3•3k-1>3k2>(k+1)2,故当n=k+1时结论也成立,

∴当n≥4时,3n-1>n2成立.    …(11分)

综上得,当n=1,2时,Snn2; 当n=3时,Sn=n2;当n≥4,n∈N*时,Snn2.…(12分)

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