等差数列{an}\{a_{n}\}的前nn项和为SnS_{n},数列{bn}\{b_{n}\}为等比数列,Sn=n2+nS_{n}\text{=}n^{2}\text{+}n,b1=a1,b2=a1a22.b_{1}\text{=}a_{1}\text{,}b_{2}\text{=}\dfrac{a_{1}a_{2}}{2}\text{.}求(1)数列{an}\{a_{n}\}、{bn}\{b_{n}\}的通项公式;(2)数列{1Sn+bn}\{\dfrac{1}{S_{n}}\text{+}b_{n}\}的前nn项和Tn.T_{n}.

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完整解法

(1)

1. 由前 $n$ 项和 $S_n$ 求数列 $\{a_n\}$ 的通项公式

当 n=1n = 1 时,a1=S1=12+1=2a_1 = S_1 = 1^2 + 1 = 2。
当 n≥2n \ge 2 时,an=Sn−Sn−1=(n2+n)−[(n−1)2+(n−1)]=n2+n−(n2−n)=2na_n = S_n - S_{n-1} = (n^2 + n) - [(n-1)^2 + (n-1)] = n^2 + n - (n^2 - n) = 2n。
当 n=1n = 1 时,2×1=2=a12 \times 1 = 2 = a_1,满足上式。
故数列 {an}\{a_n\} 的通项公式为 an=2na_n = 2n。

2. 求等比数列 $\{b_n\}$ 的首项、公比及通项公式

由 an=2na_n = 2n 可得 a1=2a_1 = 2,a2=4a_2 = 4。
已知 b1=a1=2b_1 = a_1 = 2,且 b2=a1a22=2×42=4b_2 = \dfrac{a_1 a_2}{2} = \dfrac{2 \times 4}{2} = 4。
因为 {bn}\{b_n\} 是等比数列,所以公比 q=b2b1=42=2q = \dfrac{b_2}{b_1} = \dfrac{4}{2} = 2。
故数列 {bn}\{b_n\} 的通项公式为 bn=2×2n−1=2nb_n = 2 \times 2^{n-1} = 2^n。

答案

an=2na_{n} = 2n,bn=2nb_{n} = 2^{n}

(2)

1. 将新数列的通项拆分为裂项部分与等比部分

由 (1) 可知 Sn=n2+n=n(n+1)S_n = n^2 + n = n(n+1),bn=2nb_n = 2^n。
设 cn=1Sn+bn=1n(n+1)+2nc_n = \dfrac{1}{S_n} + b_n = \dfrac{1}{n(n+1)} + 2^n。
利用裂项相消法,可将第一项改写为:1n(n+1)=1n−1n+1\dfrac{1}{n(n+1)} = \dfrac{1}{n} - \dfrac{1}{n+1}。

2. 分别求和并合并得出 $T_n$

则数列 {cn}\{c_n\} 的前 nn 项和 TnT_n 为:
Tn=∑k=1n(1k−1k+1)+∑k=1n2kT_n = \sum_{k=1}^n \left( \dfrac{1}{k} - \dfrac{1}{k+1} \right) + \sum_{k=1}^n 2^k
第一部分为裂项相消求和:
(1−12)+(12−13)+⋯+(1n−1n+1)=1−1n+1=nn+1\left(1 - \dfrac{1}{2}\right) + \left(\dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{3}\right) + \cdots + \left(\dfrac{1}{n} - \dfrac{1}{n+1}\right) = 1 - \dfrac{1}{n+1} = \dfrac{n}{n+1}
第二部分为等比数列求和:
2(2n−1)2−1=2n+1−2\dfrac{2(2^n - 1)}{2 - 1} = 2^{n+1} - 2
相加得:
Tn=nn+1+2n+1−2T_n = \dfrac{n}{n+1} + 2^{n+1} - 2

答案

Tn=2n+1−2+nn+1T_{n} = 2^{n+1} - 2 + \dfrac{n}{n+1} (或 2n+1−1−1n+12^{n+1} - 1 - \dfrac{1}{n+1})

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