设数列 $\left\{a_n\right\}$ 的前 $n$ 项和为 $S_n$.已知 $2S_n=3^n+3$.
【难度】
【出处】
2015年高考山东卷(理)
【标注】
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的递推公式
  • 题型
    >
    数列
    >
    求数列的通项公式
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的求和方法
    >
    数列求和的错位相减法
  • 题型
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    数列
    >
    数列求和
  1. 求 $\left\{a_n\right\}$ 的通项公式;
    标注
    • 知识点
      >
      数列
      >
      数列的递推公式
    • 题型
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      数列
      >
      求数列的通项公式
    答案
    $a_n=\begin{cases}
    3, &n=1,\\ 3^{n-1},&n\geqslant 2.
    \end{cases}$
    解析
    本小问是数列求通项问题.题中所给的条件是有关通项与前 $n$ 项和的关系,故求通项公式时,可选用由通项与和的关系求通项公式的方法来解题.因为 $2S_n=3^n+3$,所以 $2a_1=3+3$,故 $a_1=3$.当 $n\geqslant 2$ 时,\[2S_{n-1}=3^{n-1}+3,\]此时\[2a_n\overset{\left[a\right]}=2S_n-2S_{n-1}=3^n-3^{n-1}=2\times 3^{n-1},\](推导中用到:[a])
    即\[a_n=3^{n-1} \left(n\geqslant 2\right),\]所以 $a_n=\begin{cases}
    3, &n=1,\\ 3^{n-1},&n\geqslant 2
    \end{cases}$.
  2. 若数列 $\left\{b_n\right\}$ 满足 $a_nb_n={\log _3}{a_n}$,求 $\left\{b_n\right\}$ 的前 $n$ 项和 $T_n$.
    标注
    • 知识点
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      数列
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      数列的求和方法
      >
      数列求和的错位相减法
    • 题型
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      数列
      >
      数列求和
    答案
    $T_n=\dfrac {13}{12}-\dfrac {6n+3}{4\times 3^n}$.
    解析
    本小问是数列求和问题.数列 $\left\{b_n\right\}$ 的通项可看成是一个等差数列乘以一个等比数列,故求前 $n$ 和时,选用错位相减法.因为 $a_nb_n={\log_3}{a_n}$,所以当 $n=1$ 时,$b_1=\dfrac 13$.所以 $T_1=b_1=\dfrac 13$.
    当 $n\geqslant 2$ 时,\[b_n=3^{1-n}{\log_3}{3^{n-1}}=\left(n-1\right)\cdot 3^{1-n} .\]故\[\begin{split}T_n&=b_1+b_2+b_3+\cdots+b_n\\&=\dfrac 13+\left[1\times 3^{-1}+2\times 3^{-2}+\cdots+\left(n-1\right)\times 3^{1-n}\right],\end{split}\]所以\[3T_n=1+\left[1\times 3^0+2\times 3^{-1}+\cdots+\left(n-1\right)\times 3^{2-n}\right] ,\]两式相减,得\[\begin{split}2T_n\overset{\left[b\right]}=&\dfrac 23+\left(3^0+ 3^{-1}+3^{-2}+\cdots +3^{2-n}\right)-\left(n-1\right)\times 3^{1-n}\\\overset{\left[c\right]}=&\dfrac 23+\dfrac {1-3^{1-n}}{1-3^{-1}}-\left(n-1\right)\times 3^{1-n}\\=&\dfrac {13}{6}-\dfrac {6n+3}{2\times 3^n} ,\end{split}\](推导中用到:[b],[c])
    所以 $T_n=\dfrac {13}{12}-\dfrac {6n+3}{4\times 3^n}$.经检验,$n=1$ 时也成立.
    综上可得 $T_n=\dfrac {13}{12}-\dfrac {6n+3}{4\times 3^n}$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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