Question

已知S_n是數列{a_n}的前n項和，且a₁=1，．
（1）求a₂，a₃，a₄的值；
（2）求數列{a_n}的通項a_n；
（3）設數列{b_n}滿足，求證：當n≤k時有b_n＜1．

Answer 1

【答案】分析：（1）由a₁=1，．可得 a₂=2a₁=2；及a₃=S₂=a₁+a₂=3可得a₄=4；
（2）當n＞1時，由na_n+1=2S_n，再構造一式：（n-1）a_n=2S_n-1，兩式相減可化得，從而有a₂=2，，…，以上（n-1）個式子相乘得數列{a_n}的通項a_n
（3）分析可得{b_n}是單調遞增數列，故要證：當n≤k時，b_n＜1，只需證b_k＜1．下面分（i）當k=1時和（ii）當k≥2時，結合裂項法等求數列的前n項和可得當n≤k時有b_n＜1．
解答：解：（1）由a₁=1，．
得 a₂=2a₁=2，（1分）
a₃=S₂=a₁+a₂=3，（2分）
由3a₄=2S₃=2（a₁+a₂+a₃），
得a₄=4                        （3分）
（2）當n＞1時，由na_n+1=2S_n  ①，
得（n-1）a_n=2S_n-1  ②（4分）
①-②得na_n+1-（n-1）a_n=2（S_n-S_n-1），化簡得na_n+1=（n+1）a_n，
∴（n＞1）．（5 分）
∴a₂=2，，…，                          （6 分）
以上（n-1）個式子相乘得a_n=2×…×（n＞1）（7 分）
又a₁=1，∴a_n=n（n∈N₊）                              （8 分）
（3）∵a_n=n＞0，b₁=＞0，b_n+1=b+b_n，
∴{b_n}是單調遞增數列，故要證：當n≤k時，b_n＜1，
只需證b_k＜1．（9分）
（i）當k=1時，b₁=＜1，顯然成立；                          （10分）
（ii）當k≥2時，
∵b_n+1＞b_n＞0，，
∴，
∴．（11分）
∴…+＞-（12分）
∴b_k＜＜1．（13分）
綜上，當n≤k時有b_n＜1．（14分）
點評：本題是數列問題比較經典的考題，是高考試卷考查數列的常見題型，首先要根據定義法，迭代法、構造數列法等求出數列的通項公式，再利用裂項法等求數列的前n項和．