已知 $\{a_n\}$ 是公差 $d(d\ne 0)$ 的等差数列,且 $a_1+t^2=a_2+t^3=a_3+t$.
【难度】
【出处】
2018年全国高中数学联赛江苏省预赛(初赛试题)
【标注】
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    数列
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    数列通项
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    等差数列及其性质
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    数列通项
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    求数列的通项公式
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    数列的通项公式
  1. 求实数 $t,d$ 的值;
    标注
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      数列通项
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      等差数列及其性质
    答案
    $t=-\dfrac{1}{2},d=\dfrac{3}{8}$
    解析
    由题设知,$\begin{cases}
    a_1+t^2=a_1+d+t^3\\
    a_1+d+t^3=a_1+2d+t\\
    \end{cases}$ 即 $\begin{cases}d=t^2-t^3\\
    d=t^3-t\\
    \end{cases}$
    因为 $d\ne 0$,所以 $t\ne 0,t\ne 1$,所以由 $2t^2-t-1=0$ 得 $t=-\dfrac{1}{2},d=\dfrac{3}{8}$.
  2. 若正整数满足 $m<p<r,a_m-2t^m=a_p-2t^p=a_r-2t^r=0$,求数组 $(m,p,r)$ 和相应的通项公式 $a_n$.
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      求数列的通项公式
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      数列的通项公式
    答案
    $(m,p,r)=(1,3,4),a_n=-1+\dfrac{3}{8}(n-1)=\dfrac{3}{8}n-\dfrac{11}{8}$
    解析
    由 $a_m-2t^m=a_p-2t^p=a_r-2t^r=0,t=-\dfrac{1}{2},t=\dfrac{3}{8}$ 得 $(p-m)d=2[(-\dfrac{1}{2})^p-(-\dfrac{1}{2})^m]$,及 $(r-p)d=2[(-\dfrac{1}{2})^r-(-\dfrac{1}{2})^p]$,即 $\dfrac{3}{8}(p-m)=2[(-\dfrac{1}{2})^p-(-\dfrac{1}{2})^m]$,及 $\dfrac{3}{8}(r-p)=2[(-\dfrac{1}{2})^r-(-\dfrac{1}{2})^p]$,也即 $3(p-m)=2^4[(-\dfrac{1}{2})^p-(-\dfrac{1}{2})^m]$,及 $3(r-p)=2^4[(-\dfrac{1}{2})^r-(-\dfrac{1}{2})^p]$,两式左边都是正整数,故 $m<p<r\leqslant 4$,且 $m,p$ 都是奇数,所以 $m=1,p=3,r=4,a_1=-1$.验证如下:
    $a_1-2(-\dfrac{1}{2})=-1-2(-\dfrac{1}{2})=0;a_3-2(-\dfrac{1}{2})^3=\dfrac{9}{8}-\dfrac{11}{8}-2(-\dfrac{1}{2})^3=0;a_4-2(-\dfrac{1}{2})^4=\dfrac{12}{8}-\dfrac{11}{8}-2(-\dfrac{1}{2})^4=0$.所以 $(m,p,r)=(1,3,4),a_n=-1+\dfrac{3}{8}(n-1)=\dfrac{3}{8}n-\dfrac{11}{8}$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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