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=1。
当 n=1 时,a2=31S1=31a1=31。
当 n≥2 时,有 an+1=31Sn 和 an=31Sn−1。
两式相减得:an+1−an=31(Sn−Sn−1)=31an,
即 an+1=34an (n≥2)。
因此,当 n≥2 时,数列 {an} 是以 a2=31 为首项、34 为公比的等比数列,
所以 an=31⋅(34)n−2 (n≥2)。
2. 计算 $b_n$ 并判断各项的正负性
由 bn=log3an 可得:
b1=log3a1=log31=0;
当 n≥2 时,bn=log3[31⋅(34)n−2]=log3an。
要使 bn<0,只需 an<1:
- a1=1⟹b1=0;
- a2=31<1⟹b2<0;
- a3=94<1⟹b3<0;
- a4=2716<1⟹b4<0;
- a5=8164<1⟹b5<0;
- a6=243256>1⟹b6>0。
3. 确定前 $n$ 项和取最小值时 $n$ 的值
设数列 {bn} 的前 n 项和为 Tn。
因为 b1=0,b2,b3,b4,b5<0,而 b6>0,
所以从第 2 项加到第 5 项均为负数,累加和不断减小;
到 n=5 时,T5 达到最小值;
当 n=6 时,由于 b6>0,T6=T5+b6>T5。
故当 {bn} 的前 n 项和取最小值时,n 的值为 5。
选项为 C。