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利用等差中项证明等差数列例题

已知数列 $\left\{a_n\right\}$ 的前 $n$ 项和 $S_n$ 满足 $2 S_n-n a_n=3 n\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$ ,且 $a_2=5$.

(1)求数列 $\left\{a_n\right\}$ 其通项公式;

(2)设 $b_n=\dfrac{1}{a_n \sqrt{a_{n+1}}+a_{n+1} \sqrt{a_n}}, T_n$ 为数列 $\left\{b_n\right\}$ 的前 $n$ 项和,求使 $T_n>\dfrac{\sqrt{3}}{10}$ 成立的最小正整数 $n$ 的值.

(1)由题意知 $2 S_n-n a_n=3 n\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$ ,

则 $2 S_{n+1}-(n+1) a_{n+1}=3(n+1)\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$,

两式相减得: $2 S_{n+1}-2 S_n-(n+1) a_{n+1}+n a_n=3\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$,

化简得: $n a_n=(n-1) a_{n+1}+3\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$,

所以 $(n+1) a_{n+1}=n a_{n+2}+3\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$,

两式相减得:$(n+1) a_{n+1}-n a_n=n a_{n+2}-(n-1) a_{n+1}\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$,

化简得:$2 a_{n+1}=a_n+a_{n+2}\left(n \in \mathbf{N}^*\right)$ ,

令 $n=1$ ,得:$2 S_1-a_1=3$ ,

即 $2 a_1-a_1=3$ ,解得 $a_1=3$ ,

且 $a_2-a_1=5-3=2$ , 所以数列 $\left\{a_n\right\}$ 是以 $3$ 为首项, $2$ 为公差的等差数列,

所以 $a_n=a_1+(n-1) d=3+2(n-1)=2 n+1 \left( n \in \mathbb{N}^* \right)$.

(2) 又(1)知 $a_n=2 n+1\left(n \in \mathbf{N}^*\right)$ ,

所以 $b_n=\dfrac{1}{a_n \sqrt{a_{n+1}}+a_{n+1} \sqrt{a_n}}=\dfrac{1}{(2 n+1) \sqrt{2 n+3}+(2 n+3) \sqrt{2 n+1}}$

$=\dfrac{1}{\sqrt{2 n+1} \sqrt{2 n+3}(\sqrt{2 n+1}+\sqrt{2 n+3})}$

$=\dfrac{\sqrt{2 n+3}-\sqrt{2 n+1}}{\sqrt{2 n+1} \sqrt{2 n+3}(\sqrt{2 n+1}+\sqrt{2 n+3})(\sqrt{2 n+3}-\sqrt{2 n+1})} $

$=\dfrac{\sqrt{2 n+3}-\sqrt{2 n+1}}{2 \sqrt{2 n+1} \sqrt{2 n+3}} $

$=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{2 n+1}}-\dfrac{1}{\sqrt{2 n+3}}\right)\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$

则 $T_n=b_1+b_2+\cdots+b_n$

$=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}-\dfrac{1}{\sqrt{5}}\right)+\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{5}}-\dfrac{1}{\sqrt{7}}\right)+\cdots+\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{2 n+1}}-\dfrac{1}{\sqrt{2 n+3}}\right) $

$=\frac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}-\dfrac{1}{\sqrt{5}}+\dfrac{1}{\sqrt{5}}-\dfrac{1}{\sqrt{7}}+\cdots+\dfrac{1}{\sqrt{2 n+1}}-\dfrac{1}{\sqrt{2 n+3}}\right) $

$=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}-\dfrac{1}{\sqrt{2 n+3}}\right)\left(n \in \mathbb{N}^*\right)$

令${T_n}>\dfrac{\sqrt{3}}{10}$,得$\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}-\dfrac{1}{\sqrt{2 n+3}}\right)>\dfrac{\sqrt{3}}{10}$ .

解得: $n>\dfrac{63}{8}$.

又 $n \in \mathbb{N}^*$ ,所以 $(n)_{\min}=8$.

所以使 $T_n>\dfrac{\sqrt{3}}{10}$ 成立的最小正整数 $n$ 的值为 $8 $.

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关于如何学好数学

数学学习宛如一场漫长的征途,充满着曲折蜿蜒,正与反的论证交替循环,恰似螺旋上升直至无尽之境。在这漫漫征途中,我们不断经历着知识的构建与重塑,每一次对旧有概念的质疑和新方法的探索,都是一次自我突破。当我们在这知识的海洋中奋力遨游,不知疲倦地积累着每一个定理、每一个公式,不知何时会抵达一个奇妙的境界,仿佛能触摸到智慧的边界。那时,我们或许会看到前人的木剑冢,旁边写到:“飞花摘叶,皆可伤人。”

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