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已知 {an+12n+1−an2n} 是公差为 2 的等差数列,数列 {an} 的前 n 项和为 Sn, 且 a1=32,a2=2.

  1. 求 {an} 的通项公式;
  2. 求 Sn;
  3. [x] 表示不超过 x 的最大整数,当 n≥k 时,[Sn] 是定值,求正整数 k 的最小值.
解

  1. 由于 4a2−2a1=5, 故 an+12n+1−an2n=3+2n, 从而累加可得 an=n2+2n2n.
  2. 注意到An=n2+2n2n=(n−1)2+6(n−1)+102n−1−n2+6n+102n,
    从而Sn=a1+⋯+an=10−n2+6n+102n.
  3. 自然地 Sn→10, 也即定值 [Sn]=9. 因此只需要解不等式 n2+6n+10>2n. 注意到这个式子对 n=1,⋯,6 成立,下面证明对 n≥7 均不成立即可. 当 n=7,直接计算验证;当 n≥8,进行胡乱放缩n2+6n+10−2n<2n2+10−2n<2(n2+n−2⋅2n−2)<2(n2+n−2(n−2)2)=−2(n−1)(n−8)≤0,
    因此k最小值是7.