已知Sn{S}_{n}为数列{an}\left\{{a}_{n}\right\}的前nn项和,a1=1{a}_{1}=1,2Sn=(n+1)an2{S}_{n}=(n+1){a}_{n},则a5={a}_{5}=;若存在唯一的正整数nn使得不等式an2−tan−2t2⩽0a_{n}^{2}-t{a}_{n}-2{t}^{2}⩽0成立,实数tt的取值范围为.

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完整解法

1. 利用 $S_n$ 与 $a_n$ 的关系求出数列的通项公式 $a_n$,并求得 $a_5$ 的值

已知 2Sn=(n+1)an2S_n = (n+1)a_n,当 n⩾2n \geqslant 2 时,有 2Sn−1=nan−12S_{n-1} = n a_{n-1}。
两式相减得:2(Sn−Sn−1)=(n+1)an−nan−12(S_n - S_{n-1}) = (n+1)a_n - n a_{n-1}。
因为 Sn−Sn−1=anS_n - S_{n-1} = a_n,所以 2an=(n+1)an−nan−12a_n = (n+1)a_n - n a_{n-1},
整理得 (n−1)an=nan−1(n-1)a_n = n a_{n-1}。
由于 n⩾2n \geqslant 2,上式可变形为 ann=an−1n−1\dfrac{a_n}{n} = \dfrac{a_{n-1}}{n-1}。
这说明数列 {ann}\left\{\dfrac{a_n}{n}\right\} 是常数数列。
又因为 a1=1a_1 = 1,所以 ann=a11=1\dfrac{a_n}{n} = \dfrac{a_1}{1} = 1,即 an=na_n = n。
当 n=5n=5 时,a5=5a_5 = 5。

2. 将通项公式代入不等式中并进行因式分解

将 an=na_n = n 代入不等式 an2−tan−2t2⩽0a_n^2 - t a_n - 2t^2 \leqslant 0,
得到关于 nn 的一元二次不等式:n2−tn−2t2⩽0n^2 - tn - 2t^2 \leqslant 0。
因式分解得:(n−2t)(n+t)⩽0(n - 2t)(n + t) \leqslant 0。
对应的二次方程的两个根为 x1=2tx_1 = 2t,x2=−tx_2 = -t。

3. 分情况讨论 $t$ 的正负,利用存在唯一正整数解的条件确定 $t$ 的取值范围

由于存在唯一的正整数 nn 满足该不等式,我们对 tt 的取值进行分类讨论:
① 若 t>0t > 0,则 −t<0<2t-t < 0 < 2t,不等式的解集为 [−t,2t][-t, 2t]。
由于 nn 必须是正整数,若区间 [−t,2t][-t, 2t] 内有且仅有一个正整数,该正整数只能是 11。
因此必须满足 2t⩾12t \geqslant 1 且 2t<22t < 2,解得 12⩽t<1\frac{1}{2} \leqslant t < 1。

② 若 t<0t < 0,则 2t<0<−t2t < 0 < -t,不等式的解集为 [2t,−t][2t, -t]。
同理,若区间 [2t,−t][2t, -t] 内有且仅有一个正整数,该正整数只能是 11。
因此必须满足 −t⩾1-t \geqslant 1 且 −t<2-t < 2,解得 −2<t⩽−1-2 < t \leqslant -1。

③ 若 t=0t = 0,不等式化为 n2⩽0n^2 \leqslant 0,无正整数解,不符合题意。

综上所述,实数 tt 的取值范围为 (−2,−1]∪[12,1)(-2, -1] \cup [\frac{1}{2}, 1)。

答案

55;(−2,−1]∪[12,1)(-2, -1] \cup [\frac{1}{2}, 1)

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