已知数列{an}\{a_{n}\}满足a1=1ka_{1}=\dfrac{1}{k},k⩾2k\geqslant 2,k∈N∗k\in N^{*},[an][a_{n}]表示不超过ana_{n}的最大整数((如[1.6]=1)[1.6]=1),记bn=[an]b_{n}=[a_{n}],数列{bn}\{b_{n}\}的前nn项和为Tn.T_{n}. ①若数列{an}\{a_{n}\}是公差为11的等差数列,则T4=(1)T_{4}=(1) ; ②若数列{an}\{a_{n}\}是公比为k+1k+1的等比数列,则Tn=(2)T_{n}=(2) .

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完整解法

①

1. 确定数列 $\{a_n\}$ 的通项公式及 $b_n$ 的表达式

已知 a1=1ka_1 = \dfrac{1}{k}(k≥2,k∈N∗k \ge 2, k \in \mathbb{N}^*),且 {an}\{a_n\} 是公差为 11 的等差数列,
则 an=1k+(n−1)a_n = \dfrac{1}{k} + (n-1)。
因为 k≥2k \ge 2,所以 0<1k≤120 < \dfrac{1}{k} \le \dfrac{1}{2},故 n−1<an<nn-1 < a_n < n。
根据取整函数的定义 bn=[an]b_n = [a_n],得 bn=n−1b_n = n - 1。

2. 计算 $T_4$ 的值

依次求出数列 {bn}\{b_n\} 的前 44 项:
b1=0,b2=1,b3=2,b4=3b_1 = 0, \quad b_2 = 1, \quad b_3 = 2, \quad b_4 = 3。
因此,T4=b1+b2+b3+b4=0+1+2+3=6T_4 = b_1 + b_2 + b_3 + b_4 = 0 + 1 + 2 + 3 = 6。

答案

66

②

1. 确定等比数列 $\{a_n\}$ 的通项公式,并求 $b_n$ 的通项

已知 a1=1ka_1 = \dfrac{1}{k},公比为 k+1k+1,则 an=1k(k+1)n−1a_n = \dfrac{1}{k}(k+1)^{n-1}。
对 (k+1)n−1(k+1)^{n-1} 用二项式定理展开:
(k+1)n−1=∑m=0n−1(n−1m)km=1+M⋅k(k+1)^{n-1} = \sum_{m=0}^{n-1} \binom{n-1}{m} k^m = 1 + M \cdot k,其中 M=(k+1)n−1−1kM = \dfrac{(k+1)^{n-1}-1}{k} 为非负整数。
代入 ana_n 可得 an=M⋅k+1k=M+1ka_n = \dfrac{M \cdot k + 1}{k} = M + \dfrac{1}{k}。
因为 k≥2k \ge 2,所以 0<1k<10 < \dfrac{1}{k} < 1,故 bn=[an]=M=(k+1)n−1−1kb_n = [a_n] = M = \dfrac{(k+1)^{n-1}-1}{k}。

2. 对 $b_n$ 求和得出 $T_n$

数列 {bn}\{b_n\} 的前 nn 项和 TnT_n 为:
Tn=∑i=1nbi=∑i=1n(k+1)i−1−1k=1k[∑i=1n(k+1)i−1−∑i=1n1]T_n = \sum_{i=1}^{n} b_i = \sum_{i=1}^{n} \dfrac{(k+1)^{i-1}-1}{k} = \dfrac{1}{k} \left[ \sum_{i=1}^{n} (k+1)^{i-1} - \sum_{i=1}^{n} 1 \right]
由等比数列求和公式,得:
∑i=1n(k+1)i−1=(k+1)n−1(k+1)−1=(k+1)n−1k\sum_{i=1}^{n} (k+1)^{i-1} = \dfrac{(k+1)^n - 1}{(k+1) - 1} = \dfrac{(k+1)^n - 1}{k}
整理得:
Tn=1k[(k+1)n−1k−n]=(k+1)n−1−nkk2T_n = \dfrac{1}{k} \left[ \dfrac{(k+1)^n - 1}{k} - n \right] = \dfrac{(k+1)^n - 1 - nk}{k^2}

答案

(k+1)n−1−nkk2\dfrac{(k+1)^n - 1 - nk}{k^2}

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