等差数列 $\left\{ {a_n} \right\}$ 的前 $n$ 项和为 ${S_n}$,已知 ${S_{10}} = 0,{S_{15}} = 25$,则 $n{S_n}$ 的最小值为 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$ - 49$
【解析】
本题考查等差数列的基本量法,利用条件列方程,求解等差数列通项,再研究所求的 $n{S_n}$.设等差数列 $\left\{ {a_n} \right\}$ 的首项为 ${a_1}$,公差为 $d$,由等差数列前 $n$ 项和公式可得\[{\begin{cases}
10{a_1} + \dfrac{10 \times 9}{2}d = 0, \\
15{a_1} + \dfrac{15 \times 14}{2}d = 25, \\
\end{cases}}\]解得\[{\begin{cases}{a_1} = - 3, \\
d = \dfrac{2}{3} .\\
\end{cases}}\]所以\[\begin{split}n{S_n} &\overset{\left[a\right]}= {n^2}{a_1} + \dfrac{{{n^2}\left( {n - 1} \right)}}{2}d \\&= - 3{n^2} + \dfrac{1}{3}\left( {{n^3} - {n^2}} \right) \\&= \dfrac{1}{3}{n^3} - \dfrac{{10{n^2}}}{3},\end{split}\](推导中用到[a])
令 $f\left(x\right)=\dfrac 13x^3-\dfrac{10}{3}x^2$,则\[f'\left(x\right)=x^2-\dfrac{20}{3}x=\dfrac 13x\left(3x-20\right).\]当 $x > \dfrac{20}{3}$ 时,$f\left(x\right)$ 是单调递增的;当 $0 < x < \dfrac{20}{3}$ 时,$f\left(x\right)$ 是单调递减的.
又 $6S_6=-48,7S_7=-49$,故当 $n = 7$ 时,$n{S_n}$ 取最小值,为 $-49$.
10{a_1} + \dfrac{10 \times 9}{2}d = 0, \\
15{a_1} + \dfrac{15 \times 14}{2}d = 25, \\
\end{cases}}\]解得\[{\begin{cases}{a_1} = - 3, \\
d = \dfrac{2}{3} .\\
\end{cases}}\]所以\[\begin{split}n{S_n} &\overset{\left[a\right]}= {n^2}{a_1} + \dfrac{{{n^2}\left( {n - 1} \right)}}{2}d \\&= - 3{n^2} + \dfrac{1}{3}\left( {{n^3} - {n^2}} \right) \\&= \dfrac{1}{3}{n^3} - \dfrac{{10{n^2}}}{3},\end{split}\](推导中用到[a])
令 $f\left(x\right)=\dfrac 13x^3-\dfrac{10}{3}x^2$,则\[f'\left(x\right)=x^2-\dfrac{20}{3}x=\dfrac 13x\left(3x-20\right).\]当 $x > \dfrac{20}{3}$ 时,$f\left(x\right)$ 是单调递增的;当 $0 < x < \dfrac{20}{3}$ 时,$f\left(x\right)$ 是单调递减的.
又 $6S_6=-48,7S_7=-49$,故当 $n = 7$ 时,$n{S_n}$ 取最小值,为 $-49$.
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