问题 解答题

设函数y=f(x)的图象是曲线C1,曲线C2与C1关于直线y=x对称.将曲线C2向右平移1个单位得到曲线C3,已知曲线C3是函数y=log2x的图象.

(I)求函数f(x)的解析式;

(II)设an=nf(x)(n∈N*),求数列{an}的前n项和Sn,并求最小的正实数t,使Sn<tan对任意n∈N*都成立.

答案

(I)由题意知,曲线C3向左平移1个单位得到曲线C2,∴曲线C2是函数y=log2(x+1)的图象.…(2分)

曲线C2与曲线C1关于直线y=x对称,∴曲线C2是函数y=log2(x+1)的反函数的图象y=log2(x+1)的反函数为y=2x-1

∴f(x)=2x-1…(4分)

(II)由题设:an=n×2n-n,n∈N*Sn=(1×21-1)+(2×22-2)+(3×23-3)+…+(n•2n-n)=(1×21+2×22+3×2

2+…+n×2n)-(1+2+3+…+n)…(6分)=(1×21+2×22+3×22+…+n×2n)-

n(n+1)
2
=(1×21+2×22+3×23+…+n×2n)-
n(n+1)
2

2Sn=(1×22+2×23+3×24+…+n×2n+1)-n(n+1)②

由②-①得,Sn=-(21+22+23+…+2n)+n×2n+1-

n(n+1)
2

,=-

2-2n+1
1-2
+n×2n+1-
n(n+1)
2
=(n-1)×2n+1-
n2+n-4
2
…(8分)

t=2,Sn-2an=[(n-1)2n+1-

n2+n-4
2
]-2(n×2n-n)=-[2n+1+
(n+1)(n-4)
2
]
S1-2a1=-1<0,S2-2a2=-5<0,S3-2a3=-14<0

当n≥4时,Sn-2an=-[2n+1+

(n+1)(n-4)
2
]<0∴当t=2时,对一切n∈N*,Sn<2an恒成立.

当0<t<2时,Sn-2an=[(n-1)2n+1-

n2+n-4
2
]-t(n×2n-n)=[(2-t)n-2]×2n-
n2+n
2
+tn+2>[(2-t)n-2]×2n-
n2+n
2

M=

3
2-t
,则当n大于比M大的正整数时,Sn-tan2n-
n(n+1)
2
=[1+n+
n(n-1)
2
+…]-
n2+n
2
>0

也就证明当t∈(0,2)时,存在正整数n,使得Sn>tan

也就是说当t∈(0,2)时,Sn≤tan不可能对一切n∈N*都成立.∴t的最小值为2.…(14分)

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