题目内容
【题目】在无穷数列中,
,记
前
项中的最大项为
,最小项为
,令
.
(1)若的前
项和
满足
.
①求;
②是否存在正整数满足
?若存在,请求出这样的
,若不存在,请说明理由.
(2)若数列是等比数列,求证:数列
是等比数列.
【答案】(1)①;②存在,
,
或
;(2)证明见解析
【解析】
(1)①根据,先求出
,再由
,求出
,即可得出
;
②先假设存在满足条件的正整数满足题意,得出
,设
,研究其增减性,设
,得
,设
,研究其增减性,进而可得出结果;
(2)因为,且
、
分别为
前
项中的最大项和最小项,所以
,
,设数列
的公比为
,显然
,分别讨论
,
,
,三种情况,即可得出结果.
解:①在中,令
,得
,解得
,∴
,
当时,
,
综上.
显然为单调递增数列,所以
,
,所以
.
②假设存在满足条件的正整数,则
,所以
,
设,则
,所以
,
由,得
,∴
,则
,
当时,
显然不成立,
当时,
,
设,则
,
,得
,
设,则
恒成立,
所以数列单调递减,而
,
,
,则
时,
恒成立,
故方程的解有且仅有
,
或
,
,
故满足条件的存在,
,
或
.
(2)证明:因为,且
、
分别为
前
项中的最大项和最小项,
所以,
,设数列
的公比为
,显然
,
①当时,
,得
,
若,则
,由
与
的含义可知
与
不可能同时成立,
故,则
,则
,
,∴
,∴
,
所以数列是等比数列.
②当时,
,得
,
∴,∴
恒成立,而
,所以
,∴
恒成立,
∴,
,代入
得
,即
,
所以数列是等比数列.
③当时,
,得
,
∴,∴
恒成立,而
,所以
,∴
恒成立,
∴,
,代入
得
,即
,
所以数列是等比数列.
综上①②③,数列是等比数列.

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