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題目:已知數(shù)列{a}是以d為公差的等差數(shù)列,數(shù)列是以q為公比的等比數(shù)列.若b=a,b=a≠a,b=a(其中t>s>r,且(s-r)是(t-r)的約數(shù)).求證:數(shù)列中每一項都是數(shù)列{a}中的項.
本題是2010年鹽城市高三調(diào)研測試的壓軸題,主要考查了等差數(shù)列和等比數(shù)列性質(zhì)的應(yīng)用,以及數(shù)學(xué)歸納法在數(shù)列中的應(yīng)用,題目較為復(fù)雜,需要一步一步地分析求解,計算量要求較高,屬于難題.
解法1:由b=a,得b=bq=a=a+(s-r)d,則d=;
因為b=bq=aq=a=a+(t-r)d,
所以aq-a=(t-r)·,從而a(q+1)(q-1)=a(q-1)·.
因為a≠a,即b≠b,所以q≠1,又a≠0,
故q=-1.又t>s>r,且(s-r)是(t-r)的約數(shù),
所以q是整數(shù),且q≥2,對于數(shù)列中任一項b(這里只要討論i>3的情形),
有b=aq=a+a(q-1)=a+d[(s-r)(1+q+q+…+q)+1-1]
因為(s-r)(1+q+q)+…+q)+1是正整數(shù),所以b一定是數(shù)列的項.
此法是答案提供的方法,雖然緊扣考點,但技巧性強(qiáng),對教材等差數(shù)列與等比數(shù)列知識理解能力要求很高.
注意到b=bq中含有q,而q可以寫成[(q-1)+1],因此可考慮利用二項式定理將其展開求解,本文給出此種解法.
解法2:由b=a,b=a≠a,知q≠1,成等比數(shù)列,則b=bb,即a=a·a,
將a=a+(s-r)d代入得,[a+(s-r)d]=a[a+(t-r)d]
展開:a+2(s-r)da+(s-r)d=a+(t-r)da,2(s-r)a+(s-r)d=(t-r)a,
化簡:2a+(s-r)d=a,即:a+(s-r)d=(-1)a=a,
兩邊同除a:=(-1)==q∈N,
另:===q,即a=.
b=bq=aq=q=[(q-1)+1]
=[C(q-1)+C(q-1)+…+C(q-1)+1]
=[C(q-1)+C(q-1)+…+C(q-1)](s-r)d
=a+[C(q-1)+C(q-1)+…+C(q-1)](s-r)d
因q∈N,則M=[C(q-1)+C(q-1)+…+C(q-1)](s-r)∈N
故b=a+Md,數(shù)列中每一項都是數(shù)列{a}中的項.
此法的關(guān)鍵在于將復(fù)雜的條件整合,用題目中的原始量將b表示成“a+Md”的形式.雖然計算量仍然很大,且對二項式定理要求很高,但不失為解決此類問題的一個好辦法,因此值得推廣.
如題:等差數(shù)列{a}中,a=2,公差d是自然數(shù),等比數(shù)列中,b=a,b=a,探索當(dāng)且僅當(dāng)取d怎樣的自然數(shù)時,的所有項都是{a}中的項,并說明理由.
分析:由a=2,b=a,b=a,則等比數(shù)列的公比q=+1,
此時b=b·q=2(1+).
=2[C()+C()+…+C()+1]
=[C()+C()+…+C]d+2=2+(M-1)d
若[C()+C()+…+C]∈N*,則數(shù)列的所有項都是{a}中的項,因此只需滿足∈N*.
反之,當(dāng)d為奇數(shù)時,[C()+C()+…+C]?埸N*,此時不滿足條件.
所以,當(dāng)d是非負(fù)偶數(shù)時滿足條件.
類似的題目還有很多,不能一一列舉.利用二項式定理解題能夠使解題的方向性更強(qiáng),雖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但思路易懂,還能靈活運用知識,達(dá)到舉一反三、觸類旁通的目的.