已知等差数列{an}\{a_{n}\}的公差d>0d>0,前nn项和为SnS_{n},且满足a2a3=45a_{2}a_{3}=45,a1+a4=14.(1)a_{1}+a_{4}=14.(1)求数列{an}\{a_{n}\}的通项公式及前nn项和SnS_{n}; (2)设bn=Snn−12b_{n}=\dfrac{S_{n}}{n-\dfrac{1}{2}},求数列{1bnbn+1}\left\{\dfrac{1}{b_{n}b_{n}{}_{+}{}_{1}}\right\}的前nn项和Tn.T_{n}.

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完整解法

(1)

1. 利用等差数列的性质求得第2项与第3项的值

因为数列 {an}\{a_n\} 是等差数列,所以 a1+a4=a2+a3=14a_1 + a_4 = a_2 + a_3 = 14.
由已知条件得:
{a2a3=45a2+a3=14\begin{cases} a_2 a_3 = 45 \\ a_2 + a_3 = 14 \end{cases}
设 a2,a3a_2, a_3 为一元二次方程 x2−14x+45=0x^2 - 14x + 45 = 0 的两个根。
解方程可得 x=5x = 5 或 x=9x = 9.
由于公差 d>0d > 0,所以数列单调递增,故 a2<a3a_2 < a_3,从而有 a2=5a_2 = 5,a3=9a_3 = 9.

2. 求通项公式 $a_n$

等差数列的公差 d=a3−a2=9−5=4d = a_3 - a_2 = 9 - 5 = 4.
从而通项公式 an=a2+(n−2)d=5+4(n−2)=4n−3a_n = a_2 + (n - 2)d = 5 + 4(n - 2) = 4n - 3.

3. 求前 $n$ 项和 $S_n$

当 n=1n = 1 时,首项 a1=4×1−3=1a_1 = 4 \times 1 - 3 = 1.
所以前 nn 项和 Sn=n(a1+an)2=n(1+4n−3)2=2n2−nS_n = \dfrac{n(a_1 + a_n)}{2} = \dfrac{n(1 + 4n - 3)}{2} = 2n^2 - n.

答案

an=4n−3a_n = 4n-3, Sn=2n2−nS_n = 2n^2-n

(2)

1. 求出数列 $\{b_n\}$ 及其相邻项的表达式

由第 (1) 问可知 Sn=2n2−n=n(2n−1)S_n = 2n^2 - n = n(2n-1).
因为 bn=Snn−12b_n = \dfrac{S_n}{n - \frac{1}{2}},所以 bn=n(2n−1)2n−12=2nb_n = \dfrac{n(2n-1)}{\frac{2n-1}{2}} = 2n.
从而 bn+1=2(n+1)=2n+2b_{n+1} = 2(n+1) = 2n + 2.

2. 将数列的通项进行裂项变形

由此可得数列 {1bnbn+1}\left\{\dfrac{1}{b_n b_{n+1}}\right\} 的通项为:
1bnbn+1=12n(2n+2)=14n(n+1)=14(1n−1n+1)\dfrac{1}{b_n b_{n+1}} = \dfrac{1}{2n(2n+2)} = \dfrac{1}{4n(n+1)} = \dfrac{1}{4} \left( \dfrac{1}{n} - \dfrac{1}{n+1} \right)

3. 利用裂项相消法求前 $n$ 项和 $T_n$

从而数列的前 nn 项和为:
Tn=14[(1−12)+(12−13)+⋯+(1n−1n+1)]T_n = \dfrac{1}{4} \left[ \left(1 - \dfrac{1}{2}\right) + \left(\dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{3}\right) + \dots + \left(\dfrac{1}{n} - \dfrac{1}{n+1}\right) \right]
Tn=14(1−1n+1)=n4(n+1)=n4n+4T_n = \dfrac{1}{4} \left( 1 - \dfrac{1}{n+1} \right) = \dfrac{n}{4(n+1)} = \dfrac{n}{4n+4}.

答案

Tn=n4n+4T_n = \dfrac{n}{4n+4}

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