注意数列中的n≥2

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  【摘要】数列中描述前n项和Sn与通项an关系的公式an=Sn-Sn-1在解题过程中有着广泛的应用,但是应注意“n≥2”的限定条件,否则会导致解题错误.
  【关键词】an=Sn-Sn-1;n≥2
  
  我们知道,已知通项an,可以求出前n项和Sn,反之,给出Sn,也可以求出an.而且很多时候,题目中出现的是同时涉及an与Sn的关系式,这类问题的解决办法是利用转化与划归的思想,实现an与Sn的相互转化.此时,要注意“n≥2”的限定条件,以免误解.
  例1 已知数列{an}的前n项和Sn满足log2(Sn+1)=n+1,求数列{an}的通项公式.
  错解 由题意,得Sn=2n+1-1,所以Sn-1=2n-1,故通项公式an=Sn-Sn-1=2n.
  错解分析 上述解题过程忽视了an=Sn-Sn-1成立的条件是n≥2.当n=1时,若a1=S1满足an=Sn-Sn-1,{an}的通项公式可以用an=Sn-Sn-1表述;若不满足,则需表述为an=S1,n=1,Sn-Sn-1,n≥2.
  正解 由题意,得Sn=2n+1-1.
  当n≥2时,Sn-1=2n-1,∴an=Sn-Sn-1=2n.
  又 ∵当n=1时,a1=S1=3,
  ∴an=3,n=1,2n,n≥2.
  例2 (2007年福建文21)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,an+1=2Sn(n∈N*).
  (1)求数列{an}的通项公式an;
  (2)求数列{nan}的前n项和Tn.
  错解 (1)由题意可知,an+1=2Sn,∴an=2Sn-1.
  故an+1-an=2an,即an+1=3an.
  ∴数列{an}是以1为首项,以3为公比的等比数列.
  ∴an=3n-1.
  (2)Tn=a1+2a2+3a3+…+nan
  =1•30+2•31+3•32+…+n•3n-1,
  
  ∴3Tn=1•31+2•32+…+(n-1)•3n-1+n•3n,
  ∴-2Tn=1+31+32+…+3n-1-n•3n
  =1-3n1-3-n•3n,
  
  ∴Tn=1+(2n-1)•3n.
  错解分析 上述解法因忽视了公式an=Sn-Sn-1中n≥2的限制条件,导致错误.实际上,当n=1时,a1=2S1=2a1=2,显然a2≠3a1.
  正解 (1)∵an+1=2Sn,∴当n≥2时,an=2Sn-1.
  两式相减,得an+1-an=2an,即an+1=3an(n≥2).
  又 ∵a2=2S1=2a1=2,
  ∴当n≥2时,an=2•3n-2,
  ∴an=1,n=1,2•3n-2,n≥2.
  (2)Tn=a1+2a2+3a3+…+nan.
  当n=1时,Tn=1;
  当n≥2时,Tn=1+4•30+6•31+…+2n•3n-2,①
  3Tn=3+4•31+6•32+…+2n•3n-1.②
  ①-②,得
  -2Tn=-2+4+2(31+32+…+3n-2)-2n•3n-1
  =2+2•3(1-3n-2)1-3-2n•3n-1
  =-1+(1-2n)•3n-1,
  
  ∴Tn=12+n-123n-1(n≥2).
  又 ∵T1=a1=1也满足上式,
  ∴Tn=12+n-123n-1(n∈N*).
  例3 已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1且3an+1+2Sn=3.求数列{an}的通项公式.
  错解 ∵3an+1+2Sn=3,①
  ∴3an+2Sn-1=3.②
  ①-②,得3an+1-3an+2an=0.
  ∴3an+1=an,即an+1an=13.
  ∴数列{an}是以1为首项,以12为公比的等比数列.
  ∴an=13n-1.
  错解分析 上述解法由于忽视了n≥2的限制条件,导致结果“对而不全”.因为上述结论an+1an=13中n≥2,因此不符合等比数列定义中“从第二项开始,每一项与前一项的比值为同一个常数”的要求.
  正解 由已知3an+1+2Sn=3,①
  当n≥2时,3an+2Sn-1=3.②
  ①-②,得3an+1-3an+2an=0.
  ∴3an+1=an,即an+1an=13(n≥2).
  又 ∵当n=1时,由3a2+2a1=3,得a2=13,即a2a1=13.
  ∴由等比数列定义可知,数列{an}是以1为首项,以13为公比的等比数列.
  ∴an=13n-1.
  总之,公式an=Sn-Sn-1只有在n≥2时才能成立,解题时往往忽视n≥2的条件致误.在解决关于由Sn求an的题目时,可按上述正解的解题过程,分两步讨论,避免出错.①当n≥2时,an=Sn-Sn-1;②当n=1时,a1=S1,检验a1是否符合由①求出的解析式,若符合则统一;若不符合,an=Sn-Sn-1则用分段函数表示:an=S1,n=1,Sn-Sn-1,n≥2.
  
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