Question

已知數列{a_n}，{b_n}，其中a1=

1

2

，數列{a_n}的前n項和S_n=n²a_n（n≥1），數列{b_n}滿足b₁=2，b_n+1=2b_n．
（Ⅰ）求數列{a_n}，{b_n}的通項公式；
（Ⅱ）是否存在自然數m，使得對于任意n∈N^*，n≥2，有1+

1

b1

+

1

b2

+…+

1

bn-1

＜

m-8

4

恒成立？若存在，求出m的最小值；
（Ⅲ）若數列{c_n}滿足cn=

1 nan ，n為奇數 bn，n為偶數

當n是偶數時，求數列{c_n}的前n項和T_n．

Answer 1

（Ⅰ）因為S_n=n²a_n（n≥1），
當n≥2時，S_n-1=（n-1）²a_n-1．
所以a_n=S_n-S_n-1=n²a_n-（n-1）²a_n-1．
所以（n+1）a_n=（n-1）a_n-1．
即

an

an-1

=

n-1

n+1

．
又a1=

1

2

，
所以an=

an

an-1

•

an-1

an-2

•

an-2

an-3

••

a3

a2

•

a2

a1

•a1=

n-1

n+1

•

n-2

n

•

n-3

n-1

••

2

4

•

1

3

•

1

2

=

1

n(n+1)

．
當n=1時，上式成立
因為b₁=2，b_n+1=2b_n，
所以{b_n}是首項為2，公比為2的等比數列，故b_n=2ⁿ．
（Ⅱ）由（Ⅰ）知，b_n=2ⁿ．
則1+

1

b1

+

1

b2

++

1

bn-1

=1+

1

2

+

1

22

++

1

2n-1

=2-

1

2n-1

．
假設存在自然數m，使得對于任意n∈N^*，n≥2，有1+

1

b1

+

1

b2

++

1

bn-1

＜

m-8

4

恒成立，
即2-

1

2n-1

＜

m-8

4

恒成立．
由

m-8

4

≥2，解得m≥16．
所以存在自然數m，使得對于任意n∈N^*，n≥2，有1+

1

b1

+

1

b2

++

1

bn-1

＜

m-8

4

恒成立．此時m的最小值為16．
（Ⅲ）當n是奇數時，Tn=[

1

a1

+

1

3a3

++

1

nan

]+(b2+b4++bn-1)
=（2+4++n+1）+（2²+2⁴++2^n-1）=

2+n+1

2

•

n+1

2

+

4(1-4 n-1 2 )

1-4

=

n2+4n+3

4

+

4

3

(2n-1-1)．
當n是偶數時，Tn=[

1

a1

+

1

3a3

++

1

(n-1)an-1

]+(b2+b4++bn)
=（2+4++n）+（2²+2⁴++2ⁿ）=

2+n

2

•

n

2

+

4(1-4 n 2 )

1-4

=

n2+2n

4

+

4

3

(2n-1)．
因此Tn=

n2+4n+3 4 + 4 3 (2n-1-1)，當n為奇數時 n2+2n 4 + 4 3 (2n-1)，??當n為偶數時.