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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