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问题: 前n项和Sn

从数列{an}中取出部分项并将它们按原来顺序组成一个数列“ak1,ak2,…akn…”,我们称之为数列的“子数列”,若数列{an}是等差数列,且公差d≠0,首项a1≠0,已知它的一个子数列“a2,a5,a14,ak1,ak2,…akn,…”是等比数列,
(1)求数列{kn}通项公式
(2)设bn=8nkn(n∈N*)求数列{bn}前n项和Sn

解答:

因为 a2 = a1 + d , a5 = a1 + 4d , a14 = a1 + 13d 成等比数列
所以 (a1 + 4d)² = (a1 + d) * (a1 + 13d) , 得 3d² = 6a1d
因为 d≠0 , 所以 a1 = d/2
所以 an = a1 + (n-1)d = d*n - d/2
故 a(kn) = d(kn - 1/2)
从而 a(k1) = a2 = 3d/2 , a(k2) = a5 = 9d/2
可见 {a(kn)} 是以3为公比的等比数列
得 a(kn) = a(k1) * 3^(n-1)
即 d(kn - 1/2) = (3d/2) * 3^(n-1)
得 kn = (3^n + 1) / 2

bn = 8nkn = 4n * (3^n + 1) = 4n * 3^n + 4n
其中,{4n*3^n}的前n项和P用错位相减法求(见下面);
   {4n}的前n项和Q用等差数列求和公式求得:Q= 2n(n+1)
Sn = P + Q = ...

 P = 4*3^1 + 8*3^2 + 12*3^3 + ... + 4n*3^n
3P =     4*3^2 + 8*3^3 + ... + 4(n-1)*3^n + 4n*3^(n+1)
-2P = 4*3^1 + 4*3^2 + 4*3^3 + ... + 4*3^n - 4n*3^(n+1)
   = 12 * (1 - 3^n) / (1-3) - 4n*3^(n+1)
所以 P = (2n-1)*3^(n+1) + 3

所以 Sn = P + Q = (2n-1)*3^(n+1) + 3 + 2n(n+1)