Question

已知正項等差數列{a_n}的前n項和為S_n，其中都是數列{a_n}中滿足a_h-a_k=a_k-a_m的任意項．
（I）證明：m+h=2k；
（II）證明：S_m•S_h≤S_k²；
（III）若

Sm

、

Sk

、

Sh

也在等差數列，且a₁=a，求數列的前n項和．

Answer 1

分析：（I）根據等差數列的通項公式，用公差d，首項a₁ 將a_h，a_k，a_m 表示出，化簡整理尋求h，k，m的關系．
（II）根據等差數列{a_n}的前n項和公式，將S_m•S_h與 S_k² 求出，Sm•Sh=

m(a1+am)

2

•

h(a1+ah)

2

=

mh

4

(a1+am)(a1+ah)，S_k2=[

(a1+ak)k

2

]2利用基本不等式，結合已知，

mh

4

≤

1

4

• (

m+h

2

)2，（a₁+a_m）（a₁+a_h）≤[

a1+am+a1+ah

2

]2=（a₁+a_k）²合理的放縮轉化，進行證明．
（III）只要求得公差d，則數列的前n項和可求．不妨取m，n，h的一組特殊值尋求突破．取m=1，k=2，h=3．

解答：解：（I）證明：設數列{a_n}的公差為d，由題意a₁＜0，d＞0．
∵a_h-a_k=a_k-a_m，
∴（h-k）d=（k-m）d，
∴m+h=2k．
（II）證明：Sm•Sh=

m(a1+am)

2

•

h(a1+ah)

2

=

mh

4

(a1+am)(a1+ah)≤

1

4

•[

m+h

2

]2[

a1+am+a1+ah

2

]2=

1

4

(a1+ak)2k2=[

(a1+ak)k

2

]2=

S

2 k

，
∴S_m•S_h≤S_k²．
（III）取m=1，k=2，h=3，顯然a₁，a₂，a₃滿足a₃-a₂=a₂-a₁．
由

Sm

、

Sk

、

Sh

也成等差數列，則

a1

+

3a1+3d

=2

2a1+d

．
兩邊平方得2

a1(3a1+3d)

=4a1+d，
再兩邊平方整理得4a₁²-4a₁d+d²=0，即（2a₁-d）₂=0，
∴d=2a₁=2a．∴a_n=（2n-1）a，S_n=n²a，

點評：本題考查等差數列的性質、前n項公式及計算，放縮法證明不等式．要求有較強的分析解決問題的能力，具備特殊化法突破困難的意識．