问题 证明题

设等比数列{an}的首项为a1,公比为q,且q>0,q≠1,

(Ⅰ)若a1=qm,m∈Z,且m≥-l,求证:数列{an}中任意不同的两项之积仍为数列{an}中的项;

(Ⅱ)若数列{an}中任意不同的两项之积仍为数列{an}中的项,求证:存在整数m,且m≥-1,使得a1=qm

答案

证明:(Ⅰ)设ar,at为等比数列{an}中不同的两项,

由a1=qm,得ar·at=a1qr-1a1qt-1=a1q(r+t+m-1)

又r+t≥3,且m≥-1,所以r+m+t-l≥1,

所以ar、at是数列{an}的第r+m+t-l项。

(Ⅱ)等比数列{an}中任意不同两项之积仍为数列{an}中的项,

令as·at=al(l,t,s∈N*,t≠s),

由as=a1·qs-1,at=a1·qt-1,al=a1·ql-1,得a1·qs-1·a1·qt-1=a1·ql-1,a1=ql-s-t+1

令整数m=l-s-t+1,则a1=qm

下证整数m≥-1,

若设整数m<-1,则-m≥2,令k=-m,

由题设,取a1,ak,使a1·ak=ar(r∈N*),

即a1·a1·qk-1=a1·qr-1, 所以qm·q-m-1=qr-1,即q-1=qr-1,

因q>0,q≠1,

故-1=r-1,r=0与r∈N*矛盾!

所以m≥-1。

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