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18数列★★★☆☆
等差数列 {an}\{a_{n}\} 的前 nn 项和为 SnS_{n},已知 a1=10a_{1}=10,a2a_{2} 为整数,且 Sn⩽S4S_{n}\leqslant S_{4}.
(1) 求 {an}\{a_{n}\} 的通项公式; (2) 设 bn=1anan+1b_{n}=\dfrac{1}{a_{n}a_{n+1}},求数列 {bn}\{b_{n}\} 的前 nn 项和 TnT_{n}.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设等差数列的公差为 dd,则 an=10+(n−1)da_{n}=10+(n-1)d. 由题设 S3⩽S4S_{3}\leqslant S_{4} 和 S5⩽S4S_{5}\leqslant S_{4},分别得到 a4=10+3d⩾0a_{4}=10+3d\geqslant0,a5=10+4d⩽0a_{5}=10+4d\leqslant0. 因为 dd 为整数,所以 −103⩽d⩽−52-\dfrac{10}{3}\leqslant d\leqslant-\dfrac52 只能给出 d=−3d=-3. 此时 Sn=n2(20−3(n−1))=n(23−3n)2S_{n}=\frac{n}{2}\left(20-3(n-1)\right)=\frac{n(23-3n)}{2},S4=22S_{4}=22 且对任意正整数 nn,
Sn−S4=−(3n−11)(n−4)2⩽0S_{n}-S_{4}=-\frac{(3n-11)(n-4)}{2}\leqslant0
其中,n=1n=1,22,33 时两个因式均为负,n⩾4n\geqslant4 时两个因式均为非负. 所以所得数列确实满足题设条件,且
an=10−3(n−1)=13−3na_{n}=10-3(n-1)=13-3n
\item 由 ak−ak+1=3a_{k}-a_{k+1}=3,有
bk=1akak+1=13(1ak+1−1ak)b_{k}=\frac{1}{a_{k}a_{k+1}} =\frac13\left(\frac1{a_{k+1}}-\frac1{a_{k}}\right)
所以
Tn=∑k=1nbk=13(1an+1−1a1)=13(110−3n−110)=n10(10−3n)T_{n}=\sum_{k=1}^{n}b_{k} =\frac13\left(\frac1{a_{n+1}}-\frac1{a_{1}}\right) =\frac13\left(\frac1{10-3n}-\frac1{10}\right) =\frac{n}{10(10-3n)}
\end{enumerate} \end{solution}

2014 · 全国 · 大纲卷 · 理 · 第 18 题 · 解答题

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