Question

已知數(shù)列{a_n}是首項為1，公差為2的等差數(shù)列，對每一個k∈N^*，在a_k與a_k+1之間插入2^k-1個2，得到新數(shù)列{b_n}．設(shè)S_n，T_n 分別是數(shù)列{b_n}和數(shù)列{a_n}的前n項和．
（1）求數(shù)列{b_n}的前6項和S₆；
（2）a₁₀是數(shù)列{b_n}的第幾項；
（3）若a_m是數(shù)列{b_n}的第f（m）項，試比較S_f（m）與2T_m的大小，并說明理由．

Answer 1

（1）∵數(shù)列{b_n}中前6項依次為1，2，3，2，2，5，∴數(shù)列{b_n}的前6項和S₆為1+2+3+2+2+5=15
（2）∵數(shù)列{b_n}中，對每一個k∈N^*，在a_k與a_k+1之間插入2^k-1個2，
∴a₁₀在數(shù)列{b_n}中的項數(shù)為10+1+2+4+…+2⁸=521
即a₁₀是數(shù)列{b_n}的第521項；
（3）a_n=2n-1，在數(shù)列{b_n}中，a_n及其前面所有項的和為1+3+…+（2m-1）+2+4+…+2^m-1=2^m+m²-2
即S_f（m）=2^m+m²-2又T_m=1+3+5+…+（2m-1）=m²
∴S_f（m）-2T_m=（2^m+m²-2）-2m²=2^m-（m²+2）…（10分）
當(dāng)m=1時，2^m=2，m²+2=3，故2^m＜m²+2；
當(dāng)m=2時，2^m=4，m²+2=6，故2^m＜m²+2；
當(dāng)m=3時，2^m=8，m²+2=11，故2^m＜m²+2；
當(dāng)m=4時，2^m=16，m²+2=18，故2^m＜m²+2； …（12分）
當(dāng)m≥5時，2m=1+

C

1m

+

C

2m

+…+

C

m-2m

+

C

m-1m

+1≥2(1+m+

m(m-1)

2

)
因而當(dāng)m=1，2，3，4時，S_f（m）＜2T_m；
當(dāng)m≥5時且m∈N^*時，S_f（m）＞2T_m…（14分）