Question

設(shè){a_n}是由正數(shù)組成的等比數(shù)列，S_n是其前n項(xiàng)和．
（1）證明

lgSn+lgSn+2

2

＜lgSn+1；
（2）是否存在常數(shù)c＞0，使得

lg(Sn-c)+lg(Sn+2-c)

2

=lg(Sn+1-c)成立？并證明你的結(jié)論．

Answer 1

分析：（1）設(shè){a_n}的公比為q，當(dāng)q=1時(shí)根據(jù)S_n•S_n+2-S_n+1²求得結(jié)果小于0，不符合；當(dāng)q≠1時(shí)利用等比數(shù)列求和公式求得S_n•S_n+2-S_n+1²＜0，進(jìn)而推斷S_n•S_n+2，＜S_n+1²．根據(jù)對數(shù)函數(shù)的單調(diào)性求得lg（S_n•S_n+2）＜lgS_n+1²，原式得證．
（2）要使

lg(Sn-c)+lg(Sn+2-c)

2

=lg(Sn+1-c)．成立，則有

(Sn-c)(Sn+2-c)=(Sn+1-c)2 Sn-c＞0

進(jìn)而分兩種情況討論當(dāng)q=1時(shí)根據(jù)（S_n-c）（S_n+2-c）=（S_n+1-c）²求得-a₁²＜0不符合題意；當(dāng)q≠1時(shí)求得（S_n-c）（S_n+2-c）-（S_n+1-c）²=-a₁qⁿ[a₁-c（1-q）]，進(jìn)而推知a₁-c（1-q）=0，判斷出0＜q＜1，但此時(shí)Sn-

a1

1-q

=-

a1qn

1-q

＜0不符合題意，最后綜合可得結(jié)論．

解答：（1）證明：設(shè){a_n}的公比為q，由題設(shè)a₁＞0，q＞0．
（i）當(dāng)q=1時(shí)，S_n=na₁，從而
S_n•S_n+2-S_n+1²
=na₁•（n+2）a₁-（n+1）²a₁²
=-a₁²＜0
（ⅱ）當(dāng)q≠1時(shí)，Sn=

a1(1-qn)

1-q

，從而
S_n•S_n+2-S_n+1²=

a 2 1 (1-qn)(1-qn+2)

(1-q)2

-

a 2 1 (1-qn+1)2

(1-q)2

=-a₁²qⁿ＜0．
由（i）和（ii）得S_n•S_n+2，＜S_n+1²．根據(jù)對數(shù)函數(shù)的單調(diào)性，知
lg（S_n•S_n+2）＜lgS_n+1²，
即

lgSn+lgSn+2

2

＜lgSn+1．
（2）解：不存在．
要使

lg(Sn-c)+lg(Sn+2-c)

2

=lg(Sn+1-c)．成立，則有

(Sn-c)(Sn+2-c)=(Sn+1-c)2 Sn-c＞0.

分兩種情況討論：
（i）當(dāng)q=1時(shí)，
（S_n-c）（S_n+2-c）=（S_n+1-c）²
=（na₁-c）[（n+2）a₁-c]-[（n+1）a₁-c]²
=-a₁²＜0．
可知，不滿足條件①，即不存在常數(shù)c＞0，使結(jié)論成立．
（ii）當(dāng)q≠1時(shí)，若條件①成立，因?yàn)?br />（S_n-c）（S_n+2-c）-（S_n+1-c）²
=[

a1(1-qn)

1-q

-c][

a1(1-qn+2)

1-q

-c]-[

a1(1-qn+1)

1-q

-c]2
=-a₁qⁿ[a₁-c（1-q）]，
且a₁qⁿ≠0，故只能有a₁-c（1-q）=0，即c=

a1

1-q

此時(shí)，因?yàn)閏＞0，a₁＞0，所以0＜q＜1．
但0＜q＜1時(shí)，Sn-

a1

1-q

=-

a1qn

1-q

＜0，不滿足條件②，即不存在常數(shù)c＞0，使結(jié)論成立．
綜合（i）、（ii），同時(shí)滿足條件①、②的常數(shù)c＞0不存在，即不存在常數(shù)c＞0，使

lg(Sn-c)+lg(Sn+2-c)

2

=lg(Sn+1-c)．

點(diǎn)評：本小題主要考查等比數(shù)列、對數(shù)、不等式等基礎(chǔ)知識(shí)，考查推理能力以及分析問題和解決問題的能力．