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约数,又称因数. 它的定义如下: 若整数 a 除以整数 m(m≠0) 除得的商正好是整数而没有余数,我们就称 a 为 m 的倍数, 称 m 为 a 的约数. 设正整数 a 共有 k 个正约数,记为 a1,a2,⋯,ak−1,ak(a1<a2<⋯<ak).

  1. 当 k=4 时,若正整数 a 的 k 个正约数构成等比数列,请写出一个 a 的值;
  2. 当 k≥4 时,若 a2−a1,a3−a2,⋯,ak−ak−1 构成等比数列,求证: a=a2k−1(k≥4);
  3. 记 A=a1a2+a2a3+⋯+ak−1ak, 求证: A<a2.
解答

首先说明几个显而易见的事实:a1=1, ak=a, a2ak−1=⋯=aiak+1−i=a, ∀1≤i≤k.

  1. 解 a 可以取 8, 因为 8 的 4 个正约数 1,2,4,8 构成等比数列.
  2. 证明 设该数列公比为 q, 则qk−2=ak−ak−1a2−1=a−aa2a2−1=aa2=ak−1.
    因此a=a2qk−2. 而a一定有因数a2qk−3, 但它不会大于ak−1, 因此a2qk−3≤qk−2⇒a2≤q.
    如果q>a2, 则a3=a22或q. 代入a3−a2=q(a2−1). 对于a3=a22, 代入后有a22−a2=q(a2−1)⇒a2=q.
    对于a3=q, 代入后有q−a2=q(a2−1)⇒−a2<0≤q(a2−2)=−a2,
    矛盾,故只有 a2=q,a=a2k−1.
  3. 证明 注意到A=∑i=1k−1aiai+1=∑i=1k−1a2ak+1−iak−i=∑i=1k−1a2aiai+1=a2∑i=1k−11ai+1−ai(1ai−1ai+1)≤a2∑i=1k−1(1ai−1ai+1)=a2(1−1a)<a2.