Question

設(shè)數(shù)列{a_n}的前n項和為S_n，滿足，且a₁，a₂+5，a₃成等差數(shù)列．
（1）求a₁的值；
（2）求數(shù)列{a_n}的通項公式；
（3）證明：對一切正整數(shù)n，有．

Answer 1

【答案】分析：（1）在2S_n=a_n+1-2ⁿ⁺¹+1中，令分別令n=1，2，可求得a₂=2a₁+3，a₃=6a₁+13，又a₁，a₂+5，a₃成等差數(shù)列，從而可求得a₁；
（2）由2S_n=a_n+1-2ⁿ⁺¹+1，得a_n+2=3a_n+1+2ⁿ⁺¹①，a_n+1=3a_n+2ⁿ②，由①②可知{a_n+2ⁿ}為首項是3，3為公比的等比數(shù)列，從而可求a_n；
（3）（法一），由a_n=3ⁿ-2ⁿ=（3-2）（3^n-1+3^n-2×2+3^n-3×2²+…+2^n-1）≥3^n-1可得≤，累加后利用等比數(shù)列的求和公式可證得結(jié)論；
（法二）由a_n+1=3ⁿ⁺¹-2ⁿ⁺¹＞2×3ⁿ-2ⁿ⁺¹=2a_n可得，＜•，于是當(dāng)n≥2時，＜•，＜•，，…，＜•，累乘得：＜•，從而可證得+++…+＜．
解答：解：（1）在2S_n=a_n+1-2ⁿ⁺¹+1中，
令n=1得：2S₁=a₂-2²+1，
令n=2得：2S₂=a₃-2³+1，
解得：a₂=2a₁+3，a₃=6a₁+13
又2（a₂+5）=a₁+a₃
解得a₁=1
（2）由2S_n=a_n+1-2ⁿ⁺¹+1，
得a_n+2=3a_n+1+2ⁿ⁺¹，
又a₁=1，a₂=5也滿足a₂=3a₁+2¹，
所以a_n+1=3a_n+2ⁿ對n∈N*成立
∴a_n+1+2ⁿ⁺¹=3（a_n+2ⁿ），又a₁=1，a₁+2¹=3，
∴a_n+2ⁿ=3ⁿ，
∴a_n=3ⁿ-2ⁿ；
（3）（法一）
∵a_n=3ⁿ-2ⁿ=（3-2）（3^n-1+3^n-2×2+3^n-3×2²+…+2^n-1）≥3^n-1
∴≤，
∴+++…+≤1+++…+=＜；
（法二）∵a_n+1=3ⁿ⁺¹-2ⁿ⁺¹＞2×3ⁿ-2ⁿ⁺¹=2a_n，
∴＜•，，
當(dāng)n≥2時，＜•，＜•，，
…＜•，
累乘得：＜•，
∴+++…+≤1++×+…+×＜＜．
點(diǎn)評：本題考查數(shù)列與不等式的綜合，考查數(shù)列遞推式，著重考查等比數(shù)列的求和，著重考查放縮法的應(yīng)用，綜合性強(qiáng)，運(yùn)算量大，屬于難題．