已知数列{an}\{a_{n}\}的前nn项和为SnS_{n},首项为a1a_{1},且44,ana_{n},SnS_{n}成等差数列. (1)求数列{an}\{a_{n}\}的通项公式; (2)若an2=2bna_{n}^{2}={{2}^{{{b}_{n}}}},求数列{bn}\{b_{n}\}的前nn项和Tn.T_{n}.

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完整解法

(1)

1. 根据等差中项性质建立 $S_n$ 与 $a_n$ 的关系,并求出首项 $a_1$

因为 44,ana_n,SnS_n 成等差数列,所以 2an=4+Sn2a_n = 4 + S_n,即 Sn=2an−4S_n = 2a_n - 4.
当 n=1n = 1 时,S1=a1S_1 = a_1,得 a1=2a1−4a_1 = 2a_1 - 4,解得 a1=4a_1 = 4.

2. 利用 $a_n = S_n - S_{n-1}$ 推导递推公式并求出通项公式 $a_n$

当 n≥2n \ge 2 时,Sn=2an−4S_n = 2a_n - 4,Sn−1=2an−1−4S_{n-1} = 2a_{n-1} - 4.
两式相减得:
an=Sn−Sn−1=(2an−4)−(2an−1−4)=2an−2an−1a_n = S_n - S_{n-1} = (2a_n - 4) - (2a_{n-1} - 4) = 2a_n - 2a_{n-1}
整理得 an=2an−1a_n = 2a_{n-1} (n≥2n \ge 2).
又因为 a1=4≠0a_1 = 4 \neq 0,所以数列 {an}\{a_n\} 是以 44 为首项,22 为公比的等比数列.
故数列 {an}\{a_n\} 的通项公式为 an=4×2n−1=2n+1a_n = 4 \times 2^{n-1} = 2^{n+1}.

答案

an=2n+1a_n = 2^{n+1}

(2)

1. 复用 $a_n$ 的通项公式求出 $b_n$ 的通项表达式

由 (1) 知 an=2n+1a_n = 2^{n+1},代入 an2=2bna_n^2 = 2^{b_n} 得:
(2n+1)2=2bn  ⟹  22n+2=2bn(2^{n+1})^2 = 2^{b_n} \implies 2^{2n+2} = 2^{b_n}
由指数相等可得 bn=2n+2b_n = 2n + 2.

2. 判断 $\{b_n\}$ 的类型并求其前 $n$ 项和 $T_n$

因为 bn=2n+2b_n = 2n + 2,所以数列 {bn}\{b_n\} 是首项 b1=4b_1 = 4,公差 d=2d = 2 的等差数列.
其前 nn 项和为:
Tn=n(b1+bn)2=n(4+2n+2)2=n(n+3)=n2+3nT_n = \frac{n(b_1 + b_n)}{2} = \frac{n(4 + 2n + 2)}{2} = n(n + 3) = n^2 + 3n

答案

Tn=n2+3nT_n = n^2 + 3n

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