Question

已知等差数列{a_n}的公差是d，S_n是该数列的前n项和、
（1）试用d，S_m，S_n表示S_m+n，其中m，n均为正整数；
（2）利用（1）的结论求解：“已知S_m=S_n（m≠n），求S_m+n”；
（3）若各项均为正数的等比数列{b_n}的公比为q，前n项和为S_n，试类比问题（1）的结论，写出一个相应的结论且给出证明，并利用此结论求解问题：“已知各项均为正数的等比数列{b_n}，其中S₁₀=5，S₂₀=15，求数列{b_n}的前50项和S₅₀．”

Answer 1

分析：（1）利用等差数列的前n项和公式分别表示出s_n、s_m、s_m+n，找出其联系即可．
（2）由S_m=S_n可得mnd=-2s_n，结合（1）的结论即可求解；
（3）利用类比法写出相应的结论，根据等比数列的通项公式和求和公式进行证明，然后将结论特殊化即可．

解答：解：（1）设等差数列{a_n}的首项是a₁，
∴S_n=na₁+

n(n-1)

2

d，S_m=ma₁+

m(m-1)

2

d，
∴S_m+n=（m+n）a₁+

(m+n)(m+n-1)

2

d
=（m+n）a₁+

m2+n2+2nm-m-n

2

d
=ma₁+

m(m-1)

2

d+na₁+

n(n-1)

2

d+mnd
=S_m+S_n+mnd；
（2）由条件，可得S_m=ma₁+

m(m-1)

2

d①，S_n=na₁+

n(n-1)

2

d②，
②×n-①×m得：
（m-n）sn=

1

2

nm（m-1）d-

1

2

mn（n-1）d，
整理得mnd=-2s_n，，
则S_m+n=S_m+S_n+mnd=2s_n-2s_n=0．
（3）类比得到等比数列的结论是：若各项均为正数的等比数列{b_n}的公比为q，前n项和为S_n，则对任意正整数m、n，都有s_m+n=s_m+q^ms_n．
证明如下：不妨设m≤n，则s_m+n=（b₁+b₂+…+b_m）+（b_m+1+b_m+2+…+b_n+m）
=s_m+（b₁q^m+b₂q^m+…+b_nq^m）
=s_m+q^m（b₁+b₂+…+b_n）
=s_m+q^ms_n，
∴s_m+n=s_m+q^ms_n．
问题解答如下：由s₂₀=s₁₀₊₁₀=s₁₀+q¹⁰s₁₀，得q¹⁰=

s20-s10

s10

=

15-5

5

=2，
则s₃₀=s₁₀₊₂₀=s₁₀+q¹⁰s₂₀=5+2×15=35，
∴s₅₀=s₂₀₊₃₀=s₂₀+q²⁰s₃₀=15+2²×35=155．

点评：本题考查了等差数列和等比数列的通项公式、前n项和公式及归纳类比的有关知识，考查运算能力和逻辑推理能力，综合性较强．