已知各项均为正数的数列{an}\{a_{n}\}的前nn项和为SnS_{n},且a1=1a_{1}=1,an+1(an+1−1)=an(an+1).a_{n+1}(a_{n+1}-1)=a_{n}(a_{n}+1).若[x][x]表示不超过xx的最大整数,bn=[(n+1)22Sn]b_{n}=[\dfrac{(n+1)^{2}}{2S_{n}}],则数列{bn}\{b_{n}\}的前20212021项和T2021=()T_{2021}=(\quad)
A. 10101010
B. 10111011
C. 20212021
D. 20222022

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完整解法

1. 由递推公式求数列 $\{a_n\}$ 的通项公式

由已知 an+1(an+1−1)=an(an+1)a_{n+1}(a_{n+1}-1)=a_n(a_n+1),展开并移项得:
an+12−an+1=an2+ana_{n+1}^2 - a_{n+1} = a_n^2 + a_n
an+12−an2=an+1+ana_{n+1}^2 - a_n^2 = a_{n+1} + a_n
利用平方差公式因式分解:
(an+1−an)(an+1+an)=an+1+an(a_{n+1}-a_n)(a_{n+1}+a_n) = a_{n+1}+a_n
因为数列 {an}\{a_n\} 的各项均为正数,所以 an+1+an>0a_{n+1}+a_n > 0。
等式两边同除以 an+1+ana_{n+1}+a_n,得:
an+1−an=1a_{n+1} - a_n = 1
又已知 a1=1a_1 = 1,所以 {an}\{a_n\} 是以 11 为首项,11 为公差的等差数列,其通项公式为:
an=na_n = n

2. 求 $S_n$ 及化简 $\dfrac{(n+1)^2}{2S_n}$ 的表达式

数列 {an}\{a_n\} 的前 nn 项和为:
Sn=n(a1+an)2=n(n+1)2S_n = \frac{n(a_1+a_n)}{2} = \frac{n(n+1)}{2}
将其代入 bnb_n 的表达式中:
(n+1)22Sn=(n+1)22⋅n(n+1)2=(n+1)2n(n+1)=n+1n=1+1n\frac{(n+1)^2}{2S_n} = \frac{(n+1)^2}{2 \cdot \frac{n(n+1)}{2}} = \frac{(n+1)^2}{n(n+1)} = \frac{n+1}{n} = 1 + \frac{1}{n}

3. 分类讨论求 $b_n$ 并计算 $T_{2021}$

根据取整函数的定义,分析 bn=[1+1n]b_n = \left[1 + \frac{1}{n}\right] 的取值:

  • 当 n=1n = 1 时,b1=[1+1]=[2]=2b_1 = \left[1 + 1\right] = [2] = 2;
  • 当 n≥2n \ge 2 时,因为 0<1n≤120 < \frac{1}{n} \le \frac{1}{2},所以 1<1+1n≤1.5<21 < 1 + \frac{1}{n} \le 1.5 < 2,故 bn=[1+1n]=1b_n = \left[1 + \frac{1}{n}\right] = 1。

因此,数列 {bn}\{b_n\} 的前 20212021 项和 T2021T_{2021} 为:
T2021=b1+(b2+b3+⋯+b2021)=2+2020×1=2022T_{2021} = b_1 + (b_2 + b_3 + \dots + b_{2021}) = 2 + 2020 \times 1 = 2022
故正确选项为 D。

答案

D

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