题目内容

【题目】已知数列中,,前项和为,且.

(1)求,的值;

(2)证明:数列是等差数列,并写出其通项公式;

(3)设(),试问是否存在正整数,(其中,使得,,成等比数列?若存在,求出所有满足条件的数对;若不存在,请说明理由.

【答案】(1),;(2)证明见解析,;(3)存在,.

【解析】

(1)在中,分别令即可求得答案;
(2)由,即,得,两式作差整理变形,根据等差数列等差中项的性质即可证明;
(3)假设存在正整数数组,使,,成等比数列,则可得到关系,观察可知满足条件,根据数列单调性可证明唯一符合条件.

(1)令,则,

令,则,;

(2)由,即 ① ,

又 ②,

②式减①式,得 ③,

于是 ④,

③、④两式相加,得,

所以,即,

所以,数列是等差数列.

又,,所以公差,

所以的通项公式为;

(3)由(2)和,知,假设存在正整数数组(),使得,,成等比数列,则,

于是,所以 (*),

当时,,,.

所以是方程(*)的一组解.

当且时,因为,即单调递减,

所以,此时方程(*)无正整数解.

综上,满足题设的数对有且只有一个,为.

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