Question

數(shù)列{a_n}前n項和為S_n，首項為x（x∈R），滿足S_n=nan-

n(n-1)

2

（n∈N^*）
（1）求數(shù)列{a_n}的通項公式；
（2）是否存在x（x∈R），使

Sn

S2n

=k（其中k是與正整數(shù)n無關的常數(shù)），若存在，求出x與k的值，若不存在，說明理由；
（3）求證：x為有理數(shù)的充要條件是數(shù)列{a_n}中存在三項構成等比數(shù)列．

Answer 1

由S_n=nan-

n(n-1)

2

（n∈N^*）得由S_n+1=nan+1-

n(n+1)

2

故可得a_n+1=（n+1）a_n+1-na_n-n∴a_n+1-a_n=1，即數(shù)列{a_n}是等差數(shù)列，首項為x公差為1，∴a_n=x+（n-1）（n∈N^*）
（2）由題意S_n=kS_2n，即xn+

1

2

n（n-1）=k（2xn+n（2n-1）），整理得（1-4k）n-（2x-1）（2k-1）=0，當x=

1

2

，k=

1

4

時，該式恒成立即：當x=

1

2

時，

Sn

S2n

=

1

4

，∴x=

1

2

，k=

1

4

即為所求
（3））證明：充分性若三個不同的項x+i，x+j，x+k成等比數(shù)列，且i＜j＜k
則（x+j）²=（x+i）（x+k），即x（i+k-2j）=j²-ik
若i+k-2j=0，則j²-ik=0，∴i=j=k與i＜j＜k矛盾．i+k-2j≠0
∴x=

j 2-ik

i+k-2j

，且i，j，k都是非負數(shù)，∴x是有理數(shù)；
必要性：若x是有理數(shù)，且x≤0，則必存在正整數(shù)k，使x+k＞0，令y=x+k，則正項數(shù)列y，y+1，y+2…是原數(shù)列
x，x+1，x+2…的一個子數(shù)列，只要正項數(shù)列y，y+1，y+2…中存在三個不同的項構成等比數(shù)列則原數(shù)列中必有3個不同項構成等比數(shù)列，
不失一般性，不妨設x＞0，記x=

n

m

（m，n∈N^*，且m，b互質），又設k，l∈N^*，l＞k，且x，x+k，x+l成等比數(shù)列，則（x+k）²=x（x+l）?2k+

m

n

k2，為使l為整數(shù)，可令k=2n，于是l=2n+mn=n（m+2），可知x，x+n，x+n（m+2），成等比數(shù)列，證畢