Question

已知數列{a_n}是首項為1的等差數列，其公差d＞0，且a₃，a₇+2，3a₉成等比數列．
（Ⅰ）求數列{a_n}的通項公式；
（Ⅱ）求證：a1+

a2

2

+

a3

22

+…+

an

2n-1

＜4（n∈N*）．

Answer 1

（Ⅰ）因為a_n=1+（n-1）d，則a₃=1+2d，a₇=1+6d，a₉=1+8d．（3分）
由已知，(a7+2)2=a₃•3a₉，則（3+6d）²=3（1+2d）（1+8d），即2d²-d-1=0．（5分）
所以（2d+1）（d-1）=0．
因為d＞0，則d=1，
故a_n=n．（6分）
（Ⅱ）設S_n=a₁+

a2

2

+

a3

22

+…+

an

2n-1

，則S_n=1+

2

2

+

3

22

+…+

n

2n-1

，
則

1

2

S_n=

1

2

+

2

22

+…+

n

2n

．（8分）
兩式相減得，

1

2

S_n=1+

1

2

+

1

22

+

1

23

+…+

1

2n-1

-

n

2n

=

1- 1 2n

1- 1 2

-

n

2n

=2-

n+2

2n

．
所以S_n=4-

n+2

2n-1

．（12分）
因為

n+2

2n-1

＞0，則4-

n+2

2n-1

＜4，故a₁+

a2

2

+

a3

22

+…+

an

2n-1

＜4．（13分）