已知Sn{S}_{n} 是公差不为00的等差数列{an}\left\{{a}_{n}\right\} 的前nn项和,S5=35{S}_{5}=35 ,a1,a4,a13{a}_{1},{a}_{4},{a}_{13} 成等比数列. (1)求数列{an}\left\{ {{a}_{n}} \right\}的通项公式; (2)求数列{1Sn}\left\{ \dfrac{1}{{S}_{n}}\right\} 的前nn项和Tn{T}_{n} .

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完整解法

(1)

1. 由等差数列求和公式及性质求出 $a_3$

设等差数列 {an}\{a_n\} 的公差为 dd (d≠0d \neq 0)。
由已知 S5=35S_5 = 35,利用等差数列求和公式与对称性有:
S5=5(a1+a5)2=5a3=35S_5 = \frac{5(a_1 + a_5)}{2} = 5a_3 = 35
解得:
a3=7a_3 = 7
所以:
a1=7−2da_1 = 7 - 2d

2. 用公差 $d$ 统一表示 $a_1, a_4, a_{13}$

根据等差数列通项公式,将各对应项用 dd 表示:
a1=7−2da_1 = 7 - 2d
a4=a3+d=7+da_4 = a_3 + d = 7 + d
a13=a3+10d=7+10da_{13} = a_3 + 10d = 7 + 10d

3. 根据等比中项性质列方程,求得公差 $d$ 及首项 $a_1$

因为 a1,a4,a13a_1, a_4, a_{13} 成等比数列,所以 a42=a1a13a_4^2 = a_1 a_{13}。
代入含 dd 的式子得:
(7+d)2=(7−2d)(7+10d)(7+d)^2 = (7-2d)(7+10d)
展开并整理得:
49+14d+d2=49+56d−20d249 + 14d + d^2 = 49 + 56d - 20d^2
21d2−42d=021d^2 - 42d = 0
因为 d≠0d \neq 0,解得:
d=2d = 2
从而求得首项:
a1=7−2×2=3a_1 = 7 - 2 \times 2 = 3

4. 求得等差数列的通项公式 $a_n$

将 a1=3,d=2a_1 = 3, d = 2 代入等差数列通项公式:
an=a1+(n−1)d=3+2(n−1)=2n+1a_n = a_1 + (n-1)d = 3 + 2(n-1) = 2n + 1

答案

an=2n+1a_n = 2n + 1

(2)

1. 求等差数列前 $n$ 项和 $S_n$ 的表达式

由第 (1) 问可知,a1=3a_1 = 3,an=2n+1a_n = 2n + 1。
由等差数列的前 nn 项和公式得:
Sn=n(a1+an)2=n(3+2n+1)2=n(n+2)S_n = \frac{n(a_1 + a_n)}{2} = \frac{n(3 + 2n + 1)}{2} = n(n+2)

2. 对通项分式进行裂项变形

因此,数列 {1Sn}\left\{\frac{1}{S_n}\right\} 的通项为:
1Sn=1n(n+2)=12(1n−1n+2)\frac{1}{S_n} = \frac{1}{n(n+2)} = \frac{1}{2}\left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)

3. 利用裂项相消法计算前 $n$ 项和 $T_n$

将各分项展开求和:
Tn=12[(1−13)+(12−14)+(13−15)+⋯+(1n−1−1n+1)+(1n−1n+2)]T_n = \frac{1}{2}\left[\left(1 - \frac{1}{3}\right) + \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{4}\right) + \left(\frac{1}{3} - \frac{1}{5}\right) + \dots + \left(\frac{1}{n-1} - \frac{1}{n+1}\right) + \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+2}\right)\right]
消去中间多余项后,剩下首尾各两项:

ight)$$ $$T_n = \frac{3}{4} - \frac{2n+3}{2(n+1)(n+2)}$$ (通分化简后亦可写为:$$T_n = \frac{n(3n+5)}{4(n+1)(n+2)}$$)
答案

Tn=34−2n+32(n+1)(n+2)T_n = \frac{3}{4} - \frac{2n+3}{2(n+1)(n+2)} (或 Tn=n(3n+5)4(n+1)(n+2)T_n = \frac{n(3n+5)}{4(n+1)(n+2)})

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