设数列 $\{a_n\}$ 是等差数列,数列 $\{b_n\}$ 满足 $b_n=a_{n+1}a_{n+2}-a_n^2$,$n=1,2,\cdots$.
【难度】
【出处】
2017年全国高中数学联赛B卷(一试)
【标注】
  • 知识点
    >
    数列
    >
    等差数列及其性质
    >
    等差数列的定义与通项
  • 知识点
    >
    数列
    >
    等差数列及其性质
    >
    等差数列的定义与通项
  • 知识点
    >
    数论初步
    >
    整除与同余
  1. 证明:数列 $\{b_n\}$ 也是等差数列;
    标注
    • 知识点
      >
      数列
      >
      等差数列及其性质
      >
      等差数列的定义与通项
    答案
    解析
    不妨设 $a_n=a+nd$,$n\in\mathbb N^*$,则\[\begin{split}b_n&=\left[a+(n+1)d\right]\cdot \left[a+(n+2)d\right]-\left(a+nd\right)^2\\
    &=\left[dn+(a+d)\right]\cdot \left[dn+(a+2d)\right]-\left(dn+a\right)^2\\
    &=\left[d^2n^2+\left(2ad+3d^2\right)n+\left(a^2+3ad+2d^2\right)\right]-\left(d^2n^2+2adn+a^2\right)\\
    &=3d^2n+\left(3ad+2d^2\right)
    ,\end{split}\]因此数列 $\{b_n\}$ 也是等差数列.
  2. 设数列 $\{a_n\},\{b_n\}$ 的公差均是 $d\ne 0$,并且存在正整数 $s,t$,使得 $a_s+b_t$ 是整数,求 $|a_1|$ 的最小值.
    标注
    • 知识点
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      数列
      >
      等差数列及其性质
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      等差数列的定义与通项
    • 知识点
      >
      数论初步
      >
      整除与同余
    答案
    $\dfrac{1}{18}$
    解析
    根据题意,有 $3d^2=d$,因此 $d=\dfrac 13$,于是\[b_n=\dfrac 13n+a+\dfrac 29=a_n+\dfrac 29,\]进而\[\begin{split}a_s+b_t&=a_s+a_t+\dfrac 29\\
    &=2a_1+\dfrac {s+t-2}3+\dfrac 29,\end{split}\]于是\[18a_1=3\left[3\left(a_s+b_t\right)-s-t+1\right]+1,\]因此\[\left|18a_1\right|\geqslant 1,\]又当 $\left(a_1,s,t\right)=\left(\dfrac{1}{18},1,3\right)$ 时,$a_s+b_t=1$ 符合题意,因此所求 $\left|a_1\right|$ 的最小值为 $\dfrac{1}{18}$.
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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