每日一题[1939]不常见裂项

已知正项数列 $\{a_n\}$ 的前 $n$ 项和为 $S_n$,且满足 $a_1=1$,$2S_n=a_n^2-2S_{n-1}+1$($n\geqslant 2$,$n\in\mathbb N^{\ast}$).

1、求数列 $\{a_n\}$ 的通项公式.

2、若数列 $\{b_n\}$ 满足条件 $b_n=\sqrt{1+\dfrac{1}{(a_n+1)^2}+\dfrac{1}{(a_{n+1}+1)^2}}$,数列 $\{b_n\}$ 的前 $n$ 项和为 $T_n$,且 $M\leqslant \dfrac 2nT_n$,求整数 $M$ 的最大值.

解析

1、根据题意,当 $n\geqslant 2$ 时,有\[2a_{n+1}=a_{n+1}^2-a_n^2-2a_n\iff (a_{n+1}-a_n-2)(a_{n+1}+a_n)=0\iff a_{n+1}-a_n=2,\]又\[2S_2=a_2^2-2S_1+1\implies a_2=3,\]因此 $a_n=2n-1$($n\in\mathbb N^{\ast}$).

2、根据题意,有\[b_n=\sqrt{1+\dfrac{1}{4n^2}+\dfrac{1}{4(n+1)^2}},\]于是\[1<b_n<1+\dfrac{1}{2n}-\dfrac{1}{2(n+1)},\]于是\[2<\dfrac 2nT_n<\dfrac 2n\cdot \left(n+\dfrac 12-\dfrac{1}{2(n+1)}\right)=2+\dfrac{1}{n+1},\]从而整数 $M$ 的最大值为 $2$.

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