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设数列 {an} 的前 n 项之积为 Tn, 满足 2an+Tn=1(n∈N∗).

  1. 设 bn=1+1Tn, 求数列 {bn} 的通项公式 bn;
  2. 设数列 {an} 的前 n 项之和为 Sn, 证明: n2−12+(12)n+1<Sn<n2+12ln⁡2n+12n+1−1−14.
解答

  1. 解 {bn} 的表达式意味着 Tn≠0.当 n≠2,条件式意味着2TnTn−1+Tn=1⇒1Tn+1=2(1Tn−1+1),
    再由 n=1 解得 a1=T1=13,从而 {1Tn+1} 是以 4 为首项,2 为公比的等比数列,进而 bn=1Tn+1=2n+1.
  2. 证明 当 n≥2, an=TnTn−1=2n−12n+1−1 (这事实上也是 n=1 的情形).
    一方面an=12−12n+2−2>12−12n+2−2n+1=12−12n+1,
    累加即得Sn>∑i=1n(12−12n+1)=n2−12+(12)n+1.
    另一方面an=12−12n+2<12−12n+2,
    故累加得Sn<n2−14+12n+2.
    又ln⁡2n+12n+1−1>1−2n+1−12n+1=12n+1⇒Sn<n2−14+12ln⁡2n+12n+1−1.
    因此不等式得证.

这道题的难点在于右端不等式不能直接作差比较后累加,因为那样放缩会过头.