已知数列 $ \left\{a_n\right\} $ 的前 $ n $ 项和为 $ S_n $,且满足 $ a_1=a\left(a\neq 0\right) $,$ a_{n+1}=rS_n\left(n\in {\mathbb{N}}^*,r\in {\mathbb{R}} ,r\neq -1\right) $.
【难度】
【出处】
2011年高考湖北卷(理)
【标注】
  1. 求数列 $ \left\{a_n\right\} $ 的通项公式;
    标注
    答案
    解析
    由已知 $ a_{n+1}=rS_n$,可得 $a_{n+2}=rS_{n+1} $,两式相减可得\[a_{n+2}-a_{n+1}=r\left(S_{n+1}-S_n\right)=ra_{n+1} ,\]即\[a_{n+2}=\left(r+1\right)a_{n+1} .\]又 $ a_2=ra_1=ra $,所以当 $ r=0 $ 时,数列 $ \left\{a_n\right\} $ 为 $ a,0,\cdots,0,\cdots $;
    当 $ r\neq 0 $,$ r\neq -1 $ 时,由已知 $ a\neq 0 $,所以 $ a_n\neq 0\left(n\in {\mathbb{N}}^*\right) $.
    于是由 $ a_{n+2}=\left(r+1\right)a_{n+1 }$,可得\[{\dfrac{a_{n+2}}{a_{n+1}}}=r+1\left(n\in {\mathbb{N}}^*\right) ,\]所以 $ a_2,a_3,\cdots,a_n,\cdots $ 成等比数列,从而当 $ n\geqslant 2 $ 时,\[ a_n=r\left(r+1\right)^{n-2}a. \]综上,数列 $ \left\{a_n\right\} $ 的通项公式为\[\begin{split}a_n= \begin{cases}a ,& n=1,\\ r\left(r+1\right)^{n-2}a, &n\geqslant 2.\end{cases} \end{split}\]
  2. 若存在 $ k\in {\mathbb{N}}^* $,使得 $ S_{k+1} $,$ S_k $,$ S_{k+2} $ 成等差数列,试判断:对于任意的 $ m\in {\mathbb{N}}^* $,且 $ m\geqslant 2 $,$ a_{m+1} $,$ a_m $,$ a_{m+2} $ 是否成等差数列,并证明你的结论.
    标注
    答案
    解析
    对于任意的 $ m\in {\mathbb{N}}^* $,且 $ m\geqslant 2 $,$ a_{m+1} $,$ a_m $,$ a_{m+2 }$ 成等差数列.
    证明如下:
    当 $ r=0 $ 时,由(1)知,$ a_n= \begin{cases}a, n=1,\\ 0, n\geqslant 2 ,\end{cases}$
    所以对于任意的 $ m\in {\mathbb{N}}^* $,且 $ m\geqslant 2 $,$ a_{m+1} $,$ a_m $,$ a_{m+2} $ 成等差数列;
    当 $ r\neq 0 $,$ r\neq -1 $ 时,因为\[ S_{k+2}=S_k+a_{k+1}+a_{k+2} , S_{k+1}=S_k+a_{k+1}. \]若存在 $ k\in {\mathbb{N}}^ *$,使得 $ S_{k+1} $,$ S_k $,$ S_{k+2} $ 成等差数列,则\[ S_{k+1}+S_{k+2}=2S_k, \]从而\[ 2S_k+2a_{k+1}+a_{k+2}=2S_k, \]即\[ a_{k+2}=-2a_{k+1}. \]由(1)知,$ a_2,a_3,\cdots,a_n,\cdots $ 的公比 $ r+1=-2 $,
    于是对于任意的 $ m\in {\mathbb{N}}^* $,且 $ m\geqslant 2 $,有\[ a_{m+1}=-2a_m ,\]从而\[ a_{m+2}=4a_m, \]所以\[ a_{m+1}+a_{m+2}=2a_m ,\]即 $ a_{m+1}$ $ ,a_m $,$ a_{m+2 }$ 成等差数列.
    综上,对于任意的 $ m\in {\mathbb{N}}^* $,且 $ m\geqslant 2 $,$ a_{m+1} $,$ a_m $,$ a_{m+2 }$ 成等差数列.
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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