Question

設(shè)數(shù)列{a_n}的前n項(xiàng)和為S_n，已知Sn=2an-2n+1（n∈N^*）．
（1）求數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式；
（2）設(shè)bn=log

an

n+1

2，數(shù)列{b_n}的前n項(xiàng)和為B_n，若存在整數(shù)m，使對任意n∈N^*且n≥2，都有B3n-Bn＞

m

20

成立，求m的最大值；
（3）令cn=(-1)n+1log

an

n+1

2，數(shù)列{c_n}的前n項(xiàng)和為T_n，求證：當(dāng)n∈N^*且n≥2時(shí)，T2n＜

2

2

．

Answer 1

分析：（1）由條件可得an=2an-2an-1-2n，再化為

an

2n

-

an-1

2n-1

=1，可得數(shù)列{

an

2n

}是公差為1的等差數(shù)列，求出a₁的值，即可求得數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式．
（2）因?yàn)?span id="hw3n8ej" class="MathJye">bn=log

an

n+1

2=log2n2=

1

n

，則B3n-Bn=

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

3n

，令f(n)=

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

3n

，化簡 f（n+1）-f（n），再用放縮法證明它大于零，可得
數(shù)列{f（n）}為遞增數(shù)列，由此求得它的最小值

19

20

，由

m

20

＜

19

20

求得m的最大值．
（3）因?yàn)?span id="ha3cg7y" class="MathJye">cn=(-1)n+1•

1

n

，則當(dāng)n≥2時(shí)，化簡T_2n為

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n

，再通過證明當(dāng)x＞0時(shí)，ln(x+1)＞

x

x+1

，來證明

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n

＜

2

2

．

解答：（1）由Sn=2an-2n+1，得Sn-1=2an-1-2n（n≥2）．
兩式相減，得an=2an-2an-1-2n，即an-2an-1=2n（n≥2）．
于是

an

2n

-

an-1

2n-1

=1，所以數(shù)列{

an

2n

}是公差為1的等差數(shù)列．（2分）
又S1=2a1-22，所以a₁=4．
所以

an

2n

=2+(n-1)=n+1，故an=(n+1)•2n．（4分）
（2）因?yàn)?span id="mv3r3de" class="MathJye">bn=log

an

n+1

2=log2n2=

1

n

，則B3n-Bn=

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

3n

．
令f(n)=

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

3n

，則f(n+1)=

1

n+2

+

1

n+3

+…+

1

3n

+

1

3n+1

+

1

3n+2

+

1

3n+3

．
所以f(n+1)-f(n)=

1

3n+1

+

1

3n+2

+

1

3n+3

-

1

n+1

=

1

3n+1

+

1

3n+2

-

2

3n+3

＞

1

3n+3

+

1

3n+3

-

2

3n+3

=0．
即f（n+1）＞f（n），所以數(shù)列{f（n）}為遞增數(shù)列．（7分）
所以當(dāng)n≥2時(shí)，f（n）的最小值為f(2)=

1

3

+

1

4

+

1

5

+

1

6

=

19

20

．
據(jù)題意，

m

20

＜

19

20

，即m＜19．又m為整數(shù)，故m的最大值為18．（8分）
（3）因?yàn)?span id="xw8ltp3" class="MathJye">cn=(-1)n+1•

1

n

，則當(dāng)n≥2時(shí)，T2n=1-

1

2

+

1

3

-

1

4

+…+

1

2n-1

-

1

2n

=(1+

1

2

+

1

3

+…+

1

2n

)-2(

1

2

+

1

4

+…+

1

2n

)=

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n

．（9分）
下面證

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n

＜

2

2

先證一個(gè)不等式，當(dāng)x＞0時(shí)，ln(x+1)＞

x

x+1

令g(x)=ln(x+1)-

x

x+1

(x＞0)，則g′(x)=

1

x+1

-

1

(x+1)2

=

x

(x+1)2

＞0，
∴g（x）在（0，+∞）時(shí)單調(diào)遞增，g（x）＞g（0）=0，即當(dāng)x＞0時(shí)，ln(x+1)＞

x

x+1

令x=

1

n

，ln

n+1

n

＞

1

n+1

⇒ln(n+1)-lnn＞

1

n+1

，ln(n+2)-ln(n+1)＞

1

n+2

，ln(n+3)-ln(n+2)＞

1

n+3

，…，ln(2n)-ln(2n-1)＞

1

2n

以上n個(gè)式相加，即有ln(2n)-lnn＞

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n

∴

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n

＜ln(2n)-lnn=ln2＜

2

2

．               （14分）

點(diǎn)評：本題主要考查等差關(guān)系的確定，數(shù)列與不等式綜合，數(shù)學(xué)歸納法的應(yīng)用，屬于難題．