问题 解答题

已知{an}是等差数列,{bn}是公比为q的等比数列,a1=b1,a2=b2≠a1,记Sn为数列{bn}的前n项和,

(1)若bk=am(m,k是大于2的正整数),求证:Sk-1=(m-1)a1

(2)若b3=ai(i是某一正整数),求证:q是整数,且数列{bn}中每一项都是数列{an}中的项;

(3)是否存在这样的正数q,使等比数列{bn}中有三项成等差数列?若存在,写出一个q的值,并加以说明;若不存在,请说明理由;

答案

设{an}的公差为d,由a1=b1,a2=b2≠a1,知d≠0,q≠1,d=a1(q-1)(a1≠0)

(1)因为bk=am,所以a1qk-1=a1+(m-1)a1(q-1),qk-1=1+(m-1)(q-1)=2-m+(m-1)q,

所以Sk-1=

a1(1-qk-1)
1-q
=
a1(m-1-(m-1)q)
q
=(m-1)a1

(2)b3=a1q2,ai=a1+(i-1)a1(q-1),由b3=ai

所以q2=1+(i-1)(q-1),q2-(i-1)q+(i-2)=0,解得,q=1或q=i-2,但q≠1,所以q=i-2,因为i是正整数,所以i-2是整数,即q是整数,设数列{bn}中任意一项为bn=a1qn-1(n∈N+),设数列{an}中的某一项am(m∈N+)=a1+(m-1)a1(q-1)

现在只要证明存在正整数m,使得bn=am,即在方程a1qn-1=a1+(m-1)a1(q-1)中m有正整数解即可,qn-1=1+(m-1)(q-1),m-1=

qn-1-1
q-1
=1+q+q2+qn-2,所以m=2+q+q2+qn-2,若i=1,则q=-1,那么b2n-1=b1=a1,b2n=b2=a2,当i≥3时,因为a1=b1,a2=b2,只要考虑n≥3的情况,因为b3=ai,所以i≥3,因此q是正整数,所以m是正整数,因此数列{bn}中任意一项为bn=a1qn-1(n∈N+)与数列{an}的第2+q+q2+qn-2项相等,从而结论成立.

(3)设数列{bn}中有三项bm,bn,bp(m<n<p,m,n,p∈N+)成等差数列,则有

2a1qn-1=a1qm-1+a1qp-1,设n-m=x,p-n=y,(x,y∈N+),所以2=

1
qx
+qy,令x=1,y=2,则q3-2q+1=0,(q-1)(q2+q-1)=0,因为q≠1,所以q2+q-1=0,所以q=
5
-1
2
(舍去负值)
,即存在q=
5
-1
2
使得{bn}中有三项bm,bm+1,bm+3(m∈N+)成等差数列.

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