问题 解答题
已知数列{an}中,a1=1,an+1an-1=anan-1+an2(n∈N+,n≥2),且
an+1
an
=kn+1

(Ⅰ)求证:k=1;
(Ⅱ)设g(x)=
anxn-1
(n-1)!
,f(x)是数列{g(x)}的前n项和,求f(x)的解析式;
(Ⅲ)求证:不等式f(2)<
3
n
g(3)
对n∈N+恒成立.
答案

(I)证明:∵

an+1
an
=kn+1,

a2
a1
=a2=k+1,

又∵a1=1,an+1an-1=anan-1+an2(n∈N+,n≥2)

则a3a1=a2a1+a22,即

a3
a2
=a2+1,又
a3
a2
=2k+1
,∴a2=2k.

∴k+1=2k,解得k=1.

(2)∵

an+1
an
=n+1,∴an=
an
an-1
an-1
an-2
a2
a1
a1
=n•(n-1)…2•1=n!

g(x)=

anxn-1
(n-1)!
=nxn-1

∴当x=1时,f(x)=f(1)=1+2+3+…+n=

n(n+1)
2

当x≠1时,f(x)=1+2x+3x2+…+nxn-1

得xf(x)=x+2x2+3x3+…+(n-1)xn-1+nxn

两式相减得(1-x)f(x)=1+x+x2+…+xn-1-nxn=

1-xn
1-x
-nxn

∴f(x)=

1-xn
(1-x)2
-
nxn
1-x

综上所述:f(x)=

n(n+1)
2
,x=1
1-xn
(1-x)2
-
nxn
1-x
,x≠1

(3)利用(2)中f(x)的表达式,取x=2,

f(2)=

1-2n
(1-2)2
-
n•2n
1-2
=(n-1)•2n+1,

3
n
g(3)=3n,下面利用数学归纳法证明:不等式f(2)<
3
n
g(3)
对n∈N+恒成立.

易验证当n=1,2,3时不等式恒成立; 

假设n=k(k≥3),不等式成立,即3k>(k-1)2k+1

两边乘以3得:3k+1>3(k-1)2k+3=k•2k+1+1+3(k-1)2k-k2k+1+2

又因为3(k-1)2k-k•2k+1+2=2k(3k-3-2k)+2=(k-3)2k+2>0

所以3k+1>k•2k+1+1+3(k-1)2k-k2k+1+2>k•2k+1+1

即n=k+1时不等式成立.

故不等式恒成立.

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