已知数列{an}\{a_{n}\}满足a1=a2=1a_{1}=a_{2}=1,an+2=an+1+an(n∈N∗).a_{n+2}=a_{n+1}+a_{n}(n\in N^{*}).记SnS_{n}为数列{1an}\{\dfrac{1}{a_{n}}\}的前nn项和,则()(\quad)
A. 52<S2021<3\dfrac{5}{2}< S_{2021}< 3
B. 3<S2021<723< S_{2021}< \dfrac {7}{2}
C. 72<S2021<4\dfrac{7}{2}< S_{2021}< 4
D. 4<S2021<924< S_{2021}< \dfrac {9}{2}

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完整解法

1. 求出数列的前几项并确定 $S_{2021}$ 的下界

由递推关系 a1=a2=1a_1=a_2=1 且 an+2=an+1+ana_{n+2}=a_{n+1}+a_n 可得,该斐波那契数列的前几项为:
a1=1a_1 = 1, a2=1a_2 = 1, a3=2a_3 = 2, a4=3a_4 = 3, a5=5a_5 = 5, a6=8a_6 = 8, a7=13a_7 = 13 等。
因为数列项均为正数,所以 S2021>S5S_{2021} > S_5。
计算前5项的和:
S5=1a1+1a2+1a3+1a4+1a5=1+1+12+13+15=9130=3.033...>3S_5 = \frac{1}{a_1} + \frac{1}{a_2} + \frac{1}{a_3} + \frac{1}{a_4} + \frac{1}{a_5} = 1 + 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{5} = \frac{91}{30} = 3.033... > 3
因此,有 S2021>3S_{2021} > 3。

2. 建立数列项倒数之间的不等关系

因为自第二项起数列单调递增,即对任意 n≥2n \ge 2,有 an+1>ana_{n+1} > a_n。
从而对任意 n≥2n \ge 2,有:
an+2=an+1+an>2ana_{n+2} = a_{n+1} + a_n > 2a_n
取倒数可得:
1an+2<12an(n≥2)\frac{1}{a_{n+2}} < \frac{1}{2a_n} \quad (n \ge 2)
此不等式表明,奇数项和偶数项的倒数分别是以小于 12\frac{1}{2} 的公比进行放缩。

3. 将 $S_{2021}$ 拆分为奇数项和与偶数项和,并应用无穷等比级数求和公式分别进行放缩

将 S2021S_{2021} 的项分为奇数项和与偶数项和:
S2021=Sodd+SevenS_{2021} = S_{\text{odd}} + S_{\text{even}}

  1. 对于奇数项和:
    Sodd=1a1+1a3+(1a5+1a7+⋯+1a2021)S_{\text{odd}} = \frac{1}{a_1} + \frac{1}{a_3} + \left(\frac{1}{a_5} + \frac{1}{a_7} + \dots + \frac{1}{a_{2021}}\right)
    利用 1a2k+1<121a2k−1\frac{1}{a_{2k+1}} < \frac{1}{2} \frac{1}{a_{2k-1}} 可得:
    1a5+1a7+⋯+1a2021<1a5(1+12+14+… )<15×11−12=25=0.4\frac{1}{a_5} + \frac{1}{a_7} + \dots + \frac{1}{a_{2021}} < \frac{1}{a_5} \left(1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \dots\right) < \frac{1}{5} \times \frac{1}{1 - \frac{1}{2}} = \frac{2}{5} = 0.4
    所以:
    Sodd<1+12+0.4=1.9S_{\text{odd}} < 1 + \frac{1}{2} + 0.4 = 1.9

  2. 对于偶数项和:
    Seven=1a2+1a4+(1a6+1a8+⋯+1a2020)S_{\text{even}} = \frac{1}{a_2} + \frac{1}{a_4} + \left(\frac{1}{a_6} + \frac{1}{a_8} + \dots + \frac{1}{a_{2020}}\right)
    利用 1a2k<121a2k−2\frac{1}{a_{2k}} < \frac{1}{2} \frac{1}{a_{2k-2}} 可得:
    1a6+1a8+⋯+1a2020<1a6(1+12+14+… )<18×2=0.25\frac{1}{a_6} + \frac{1}{a_8} + \dots + \frac{1}{a_{2020}} < \frac{1}{a_6} \left(1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \dots\right) < \frac{1}{8} \times 2 = 0.25
    所以:
    Seven<1+13+0.25=1912≈1.5833S_{\text{even}} < 1 + \frac{1}{3} + 0.25 = \frac{19}{12} \approx 1.5833

4. 综合上下界得出结论并选择正确选项

将两部分的上界相加:
S2021<Sodd+Seven<1.9+1.5833=3.4833<3.5=72S_{2021} < S_{\text{odd}} + S_{\text{even}} < 1.9 + 1.5833 = 3.4833 < 3.5 = \frac{7}{2}
结合第一步得到的下界,可得:
3<S2021<723 < S_{2021} < \frac{7}{2}
因此,正确选项为 B。

答案

B

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