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设等差数列 a1,,an 的公差 d>0, 首项 a1=1. 已知从中能抽取 k(k3) 个项并按原顺序排成公比为 q 的等比数列 am1,am2,,amk, 其中 m1=1, 2m2<m3<<mkn.

  1. 若从等差数列 1,3,5,,2n1 中能抽取 3 个项并按原顺序排成等比数列, 求 2n1 的最小值;
  2. 求证: n2k1;
  3. 请举出一个满足 n=2k1 的例子.
解答

由题意 am1=a1=1, 所以 ami=qi1.

  1. 2n1q2=am229, 对应数列 1,3,5,7,9.
  2. 证明 由于 am2=1+(m21)d=q,am3=1+(m31)d=q2, 所以 q+1=q21q1=(m31)d(m21)d=m31m21, 这说明 q 一定是大于 1 的有理数, 设为 q=uv, u,vN, u,v 互素, 且 v1, u2. 现在考察 amk: mk1=qk11d=(m21)qk11q1=(m21)uk1vk1vk2(uv). 右端要是个正整数, 但 u,v 互素推出 vk2,uk1vk1 互素, 所以只能有 vk2|m21, 这样 m21vk2. 从而 mk1vk2uk1vk1vk2(uv)=uk1vk1uv=i=1k2uivk2ii=1k22i=2k11, 这样 nmk2k1.
  3. d=1,q=2 即可. 由上面的证明看出, 这其实是唯一的取等条件.