已知数列{an}有以下的特征：a1=1，a1，a2，…，a5是公差为1的等差数列

问题解答题

已知数列{a_n}有以下的特征：a₁=1，a₁，a₂，…，a₅是公差为1的等差数列；a₅，a₆，…，a₁₀是公差为d的等差数列；a₁₀，a₁₁，…，a₁₅是公差为d²的等差数列；…；a_5n，a_5n+1，a_5n+2，…，a_5n+5是公差为dⁿ的等差数列（n∈N^*），其中d≠0．设数列b_n满足b_n=a_5n-a_5（n-1）（n≥2），b₁=a₅．
（Ⅰ）求证数列{b_n}为等比数列；
（Ⅱ）求数列{b_n}的前n项和S_n；
（Ⅲ）当d＞-1时，证明对所有正奇数n，总有Sn＞

．

答案

（Ⅰ）证明：当n≥2时，b_n=a_5n-a_5（n-1）=5d^n-1，

∴

bn+1

5dn

5dn-1

=d（d≠0）．　（2分）

又b₁=a₅=a₁+4×1=5，b₂=a₁₀-a₅=5d，

∴

=d，（3分）

∴当n≥2时，

bn-1

=d都成立，

故数列{b_n是以5为首项，d为公比的等比数列．（4分）

（Ⅱ）∵S_n=b₁+b₂+…+b_n=5+5d+5d²+…+5d^n-1

5(1-dn)

1-d

，(d≠1)

5n，(d=1)

（7分）

（Ⅲ）当d∈（0，+∞）时，S_n=5+5d+5d²+…+5d^n-1＞5显然成立（8分）

当d∈（-1，0）时，1＜1-d＜2，又∵n为正奇数，

∴1＜1-dⁿ

故

1-dn

1-d

＞

，

∴Sn＞

．　　　（10分）

或当d∈（-1，0）时，又n为正奇数，则1+d＞0＞2dⁿ，所以2-2dⁿ＞1-d＞0．

因此

1-dn

1-d

＞

，∴Sn＞

．　　（10分）