问题 解答题
记等差数列{an}的前n项和为Sn
(1)求证:数列{
Sn
n
}是等差数列;
(2)若a1=1,且对任意正整数n,k(n>k),都有
Sn+k
+
Sn-k
=2
Sn
成立,求数列{an}的通项公式;
(3)记bn=aan(a>0),求证:
b1+b2+…+bn
n
b1+bn
2
答案

设等差数列{an}的公差为d,(1)由于Sn=na1+

n(n-1)
2
d,从而
Sn
n
=a1+
n-1
2
d

所以当n≥2时,

Sn
n
-
Sn-1
n-1
=(a1+
n-1
2
d)-(a1+
n-2
2
d)=
d
2

即数列{

Sn
n
}是等差数列.

(2)∵对任意正整数n,k(n>k),都有

Sn+k
+
Sn-k
=2
Sn
成立,

Sn+1
+
Sn-1
=2
Sn
,即数列{
Sn
}是等差数列,设其公差为t,

Sn
=
S1
+(n-1)t=1+(n-1)t,所以Sn=[1+(n-1)t]2

所以当n≥2时,an=Sn-Sn-1=[1+(n-1)t]2-[1+(n-2)t]2=2t2n-3t2+2t,

又由等差数列{an}中,a2-a1=a3-a2,即(4t2-3t2+2t)-1=(6t2-3t2+2t)-(4t2-3t2+2t)

所以t=1,即an=2n-1.

(3)由于an=a1+(n-1)d,bn=aan,则

bn+1
bn
=aan+1-an=ad

即数列{bn}是公比大于0,首项大于0的等比数列,记其公比是q(q>0).

以下证明:b1+bn≥bp+bk,其中p,k为正整数,且p+k=1+n.

∵(b1+bn)-(bp+bk)=b1+b1qn-1-b1qp-1-b1qk-1=b1(qp-1-1)(qk-1-1)

当q>1时,因为y=qx为增函数,p-1≥0,k-1≥0,

∴qp-1-1≥0,qk-1-1≥0,∴b1+bn≥bp+bk

当q=1时,b1+bn=bp+bk

当q=1时,因为y=qx为减函数,p-1≥0,k-1≥0,

∴qp-1-1≤0,qk-1-1≤0,∴b1+bn≥bp+bk

综上:b1+bn≥bp+bk,其中p,k为正整数,且p+k=1+n.

∴n(b1+bn)=(b1+bn)+(b1+bn)+…(b1+bn)≥(b1+bn)+(b2+bn-1)+…(bn+b1

=(b1+b2+…+bn)+(bn+bn-1+…+b1),

b1+b2+…+bn
n
b1+bn
2

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