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【题目】在无穷数列中,,记项中的最大项为,最小项为,令.

1)若的前项和满足.

①求

②是否存在正整数满足?若存在,请求出这样的,若不存在,请说明理由.

2)若数列是等比数列,求证:数列是等比数列.

【答案】1)①;②存在,;(2)证明见解析

【解析】

(1)①根据,先求出,再由,求出,即可得出

②先假设存在满足条件的正整数满足题意,得出,设,研究其增减性,设,得,设,研究其增减性,进而可得出结果;

(2)因为,且分别为项中的最大项和最小项,所以,设数列的公比为,显然,分别讨论,三种情况,即可得出结果.

解:①在中,令,得,解得,∴

时,

综上.

显然为单调递增数列,所以,所以.

②假设存在满足条件的正整数,则,所以

,则,所以

,得,∴,则

时,显然不成立,

时,

,则,得

,则恒成立,

所以数列单调递减,而,则时,恒成立,

故方程的解有且仅有

故满足条件的存在,.

2)证明:因为,且分别为项中的最大项和最小项,

所以,设数列的公比为,显然

①当时,,得

,则,由的含义可知不可能同时成立,

,则,则,∴,∴

所以数列是等比数列.

②当时,,得

,∴恒成立,而,所以,∴恒成立,

,代入,即

所以数列是等比数列.

③当时,,得

,∴恒成立,而,所以,∴恒成立,

,代入,即

所以数列是等比数列.

综上①②③,数列是等比数列.

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