等差数列与等比数列的公共项探索

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  在近年高考题中,多次出現有关等差数列与等比数列的公共项的问题,如07年湖南卷、07福建卷、07江苏卷和08江苏卷。本文试图在其基础上,从更一般的角度探索此类问题的规律与解法。由于常数数列的结果是显然的,故在证明过程中不再特别说明。
  类I 等差数列中是否存在三项成等比数列?
  例1、判断下列等差数列中,是否存在三项成等比数列?若存在,举出实例;若不存在,请说明理由。
  (1) (2)
  解析:(1) 是 的一个子列;
  (2)假设 中存在三项 依次成等比数列,则 ,即 ,,整理得 ,于是
  ,消去s整理得 ,矛盾。所以,不存在等比子列。
  规律探索:
  基于一个基本事实:如果等差数列 中存在三项 成等比数列,则数列 中相应三项 也成等比数列,我们只需研究 的情况。
  结论1.1 若c为有理数,则等差数列 中存在一个无穷项的等比数列。
  证明:设 ,( 是互质的整数,且不妨设 ,否则,可以构造数列 是 的一个子列),则 符合题意。
  结论1.2 若c为无理数,则等差数列 中不存在三项成等比数列。
  证明方法与例1(2)相同,略。
  类II 等比数列中是否存在三项成等差数列?
  例2、判断通项为 的等比数列中,是否存在三项成等差数列?若存在,举出实例;若不存在,请说明理由。
  解:假设 中存在三项 依次成等差数列,则
  方法一:因为 ,所以
  方法二:两边同除以 ,则左边为偶数,右边为奇数
  所以,不存在成等比的三项。
  规律探索:
  基于一个基本事实:如果等比数列 中存在三项 成等差数列,则数列 中相应三项 也成等差数列,我们只需研究 的情况,且不妨设此等差数列的第一项恰为 。
  结论2.1若 ,则等比数列 中不存在三项成等差数列。
  证明:若第1, ,t依次成等差数列,则 (*)
  (1) 时,利用例2之法一易证;
  (2) 时,若 为偶数,由(1)可知不成立;若 一奇一偶,则(*)式两边一正一负;若 为奇数,则 ,且 ,即 ,但 。
  结论2.2 若 ,则等比数列 中可能存在三项成等差数列,也可能不存在三项成等差数列,尚未发现明显的规律。
  分析:分别对 中的 赋值,用mathematica软件可算出一些对应的 值:
  当 时, 或 ;
  当 时, 或 ;
  当 时,有唯一实根q=
  当 时,有唯一实根q=
  未发现明显规律。
  结论2.3若 为有理数,则等比数列 中不存在三项成等差数列。
  证明:设 ,其中 互质。若 ,但 不成立。
  结论2.4 当 时,等比数列 中不存在项数无穷的等差数列。
  证明:(1)若 ,则 是有界数列且 ,故对任意 ,其等差子列 满足 ,即 ;
  (2))若 ,则对任意等差数列的公差 ,都存在 ,使得 之后的任意两项 ,都有 ,实际上,取 即可。
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