在数列{an}与{bn}中,a1=1,b1=4,数列{an}的前n项和Sn满足nSn+1-(n+3)Sn=0,2an+1为bn与bn+1的等比中项,n∈N*.
(Ⅰ)求a2,b2的值;
(Ⅱ)求数列{an}与{bn}的通项公式;
(Ⅲ)设.证明|Tn|<2n2,n≥3.
网友回答
解:(Ⅰ)解:由题设有a1+a2-4a1=0,a1=1,解得a2=3.由题设又有4a22=b2b1,b1=4,解得b2=9.
(Ⅱ)解:由题设nSn+1-(n+3)Sn=0,a1=1,b1=4,及a2=3,b2=9,进一步可得a3=6,b3=16,a4=10,b4=25,猜想,bn=(n+1)2,n∈N*.
先证,n∈N*.
当n=1时,,等式成立.当n≥2时用数学归纳法证明如下:
(1)当n=2时,,等式成立.
(2)假设n=k时等式成立,即,k≥2.
由题设,kSk+1=(k+3)Sk(k-1)Sk=(k+2)Sk-1
①的两边分别减去②的两边,整理得kak+1=(k+2)ak,从而.
这就是说,当n=k+1时等式也成立.根据(1)和(2)可知,等式对任何的n≥2成立.
综上所述,等式对任何的n∈N*都成立
再用数学归纳法证明bn=(n+1)2,n∈N*.
(1)当n=1时,b1=(1+1)2,等式成立.
(2)假设当n=k时等式成立,即bk=(k+1)2,那么.
这就是说,当n=k+1时等式也成立.根据(1)和(2)可知,等式bn=(n+1)2对任何的n∈N*都成立.
(Ⅲ)证明:当n=4k,k∈N*时,Tn=-22-32+42+52--(4k-2)2-(4k-1)2+(4k)2+(4k+1)2.
注意到-(4k-2)2-(4k-1)2+(4k)2+(4k+1)2=32k-4,故4k(4k+4)-4k=(4k)2+3×4k=n2+3n.
当n=4k-1,k∈N*时,Tn=(4k)2+3×4k-(4k+1)2=(n+1)2+3(n+1)-(n+2)2=n
当n=4k-2,k∈N*时,Tn=(4k)2+3×4k-(4k+1)2-(4k)2=3(n+2)-(n+3)2=-n2-3n-3.
当n=4k-3,k∈N*时,Tn=3×4k-(4k+1)2+(4k-1)2=3(n+3)-(n+4)2+(n+2)2=-n-3.
所以.
从而n≥3时,有
总之,当n≥3时有,即|Tn|<2n2.
解析分析:(Ⅰ)解:题设有a1+a2-4a1=0,a1=1,4a22=b2b1,b1=4,由此可求出a2,b2的值.(Ⅱ)由题设条件猜想,bn=(n+1)2,n∈N*.再用数学归纳法进行证明.(Ⅲ)由题设条件知.由此可以导出|Tn|<2n2.
点评:本题主要考查等差数列的概念、通项公式及前n项和公式、等比数列的概念、等比中项、不等式证明、数学归纳等基础知识,考查运算能力和推理论证能力及分类讨论的思想方法.