问题 解答题

设{an}是由正数组成的等差数列,Sn是其前n项和

(1)若Sn=20,S2n=40,求S3n的值;

(2)若互不相等正整数p,q,m,使得p+q=2m,证明:不等式SpSq<Sm2成立;

(3)是否存在常数k和等差数列{an},使kan2-1=S2n-Sn+1恒成立(n∈N*),若存在,试求出常数k和数列{an}的通项公式;若不存在,请说明理由.

答案

(1)在等差数列{an}中,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…成等差数列,

∴Sn+(S3n-S2n)=2(S2n-Sn

∴S3n=3 S2n-3 Sn=60…(4分)

(2)SpSq=

1
4
pq(a1+ap)(a1+aq

=

1
4
pq[a12+a1(ap+aq)+apaq]

=

1
4
pq(a12+2a1am+apaq)<
1
4
p+q
2
2[a12+2a1am+(
ap+aq
2
2]

=

1
4
m2(a12+2a1am+am2)=[
1
2
m(a1+am)]2

=Sm2…(8分)

(3)假设存在常数k和等差数列{an},使kan2-1=S2n-Sn+1恒成立.

设an=pn+q(p,q为常数),则Kan2-1=kp2n2+2kpqn+kq2-1,

Sn=

1
2
pn(n+1)+qnS2n-Sn+1=
3
2
pn2+(q-
p
2
)n-(p+q),

kp2n2+2kpqn+kp2-1=

3
2
pn2+(q-
p
2
n)-(p+q),

故有

kp2=
3
2
p…①
2kpq=q-
p
2
…②
kq2-1=-(p+q)…③

由①得p=0或 kp=

3
2
.当p=0时,由②得q=0,而p=q=0不适合③,故p≠0把 kp=
3
2
代入②,得 q=-
p
4
q=-
p
4
代入③,又 kp=
3
2
p=
32
27
,从而 q=-
8
27
,k=
81
64
.故存在常数 k=
81
64
及等差数列 an=
32
27
n-
8
27
满足题意.

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