已知首项为11的数列{an}\{a_{n}\}的前nn项和为SnS_{n},且an+1=13Sna_{n\text{+}1}\text{=}\dfrac{1}{3}S_{n},数列{bn}\{b_{n}\}满足bn=log⁡3anb_{n}\text{=}\log_{3}a_{n},则当{bn}\{b_{n}\}的前nn项和取最小值时,nn的值为()()
A. 3                               3\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:
B. 4                               4\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:
C. 5                               5\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:
D. 66

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

1. 利用 $S_n$ 与 $a_n$ 的关系求出数列 $\{a_n\}$ 的通项公式

由题意,首项 a1=1a_1 = 1。
当 n=1n = 1 时,a2=13S1=13a1=13a_2 = \dfrac{1}{3}S_1 = \dfrac{1}{3}a_1 = \dfrac{1}{3}。
当 n≥2n \ge 2 时,有 an+1=13Sna_{n+1} = \dfrac{1}{3}S_n 和 an=13Sn−1a_n = \dfrac{1}{3}S_{n-1}。
两式相减得:an+1−an=13(Sn−Sn−1)=13ana_{n+1} - a_n = \dfrac{1}{3}(S_n - S_{n-1}) = \dfrac{1}{3}a_n,
即 an+1=43ana_{n+1} = \dfrac{4}{3}a_n (n≥2n \ge 2)。
因此,当 n≥2n \ge 2 时,数列 {an}\{a_n\} 是以 a2=13a_2 = \dfrac{1}{3} 为首项、43\dfrac{4}{3} 为公比的等比数列,
所以 an=13⋅(43)n−2a_n = \dfrac{1}{3} \cdot \left(\dfrac{4}{3}\right)^{n-2} (n≥2n \ge 2)。

2. 计算 $b_n$ 并判断各项的正负性

由 bn=log⁡3anb_n = \log_3 a_n 可得:
b1=log⁡3a1=log⁡31=0b_1 = \log_3 a_1 = \log_3 1 = 0;
当 n≥2n \ge 2 时,bn=log⁡3[13⋅(43)n−2]=log⁡3anb_n = \log_3 \left[ \dfrac{1}{3} \cdot \left(\dfrac{4}{3}\right)^{n-2} \right] = \log_3 a_n。
要使 bn<0b_n < 0,只需 an<1a_n < 1:

  • a1=1  ⟹  b1=0a_1 = 1 \implies b_1 = 0;
  • a2=13<1  ⟹  b2<0a_2 = \dfrac{1}{3} < 1 \implies b_2 < 0;
  • a3=49<1  ⟹  b3<0a_3 = \dfrac{4}{9} < 1 \implies b_3 < 0;
  • a4=1627<1  ⟹  b4<0a_4 = \dfrac{16}{27} < 1 \implies b_4 < 0;
  • a5=6481<1  ⟹  b5<0a_5 = \dfrac{64}{81} < 1 \implies b_5 < 0;
  • a6=256243>1  ⟹  b6>0a_6 = \dfrac{256}{243} > 1 \implies b_6 > 0。

3. 确定前 $n$ 项和取最小值时 $n$ 的值

设数列 {bn}\{b_n\} 的前 nn 项和为 TnT_n。
因为 b1=0b_1 = 0,b2,b3,b4,b5<0b_2, b_3, b_4, b_5 < 0,而 b6>0b_6 > 0,
所以从第 22 项加到第 55 项均为负数,累加和不断减小;
到 n=5n = 5 时,T5T_5 达到最小值;
当 n=6n = 6 时,由于 b6>0b_6 > 0,T6=T5+b6>T5T_6 = T_5 + b_6 > T_5。
故当 {bn}\{b_n\} 的前 nn 项和取最小值时,nn 的值为 55。
选项为 C。

答案

C

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知一个数列的前 nn 项和为 Sn=3n(n+2)S_n = 3n(n + 2)。证明该数列是一个等差数列。 第 (a) 部分中数列的第二项、第七项和第 mm 项是一个等比数列的前三个连续项,该等比数列的第 nn 项记为 vnv_n。求 mm…
  2. 2已知一个级数的前 nn 项和为 Sn=3n(n+2)S_n = 3n(n + 2)。证明该级数的各项构成等差数列。 (a) 部分中该级数的第二项、第七项和第 mm 项是一个等比级数的前三个连续项,且其第 nn 项由 vnv_n 给出。求 mm 的值…
  3. 3考虑 Sn=21×2×3+22×3×4+23×4×5+…+2n(n+1)(n+2)S_{n}=\dfrac{2}{1\times2\times3}+\dfrac{2}{2\times3\times4}+\dfrac{2}{3\times4\times5}+\ldots+\dfrac{2}{n(n+1)(n+2)}…
  4. 4已知{an}\left\{{a}_{n}\right\}是公差为22的等差数列,Sn{S}_{n}为{an}\left\{{a}_{n}\right\}的前nn项和,若S5=S3S_{5}=S_{3},则a4=()a_{4}=(\quad)…
  5. 5数列 u1,u2,u3,…u_{1}, u_{2}, u_{3}, \ldots 的前 nn 项和为 SnS_{n},其中 Sn=∑r=1nurS_{n} = \sum_{r=1}^{n} u_{r}。已知 Sn=18−2n+13n−2S_{n} = 18 - \dfrac{2^{n+1}}{3^{n-2}}…