Question

設(shè)數(shù)列{a_n}的各項均為正數(shù)，其前n項的和為S_n，對于任意正整數(shù)m，n，Sm+n=

2a2m(1+S2n)

-1恒成立．
（1）若a₁=1，求a₂，a₃，a₄及數(shù)列{a_n}的通項公式；
（2）若a₄=a₂（a₁+a₂+1），求證：數(shù)列{a_n}成等比數(shù)列．

Answer 1

解（1）由Sm+n=

2a2m(1+S2n)

-1得1+Sm+n=

2a2m(1+S2n)

．
令m=1，得1+Sn+1=

2a2(1+S2n)

①
令m=2，得1+Sn+2=

2a4(1+S2n)

②
②÷①得：

1+Sn+2

1+Sn+1

=

a4 a2

 （n∈N^*）．記

a4 a2

=q，
則數(shù)列{1+S_n} （n≥2，n∈N^*）是公比為q的等比數(shù)列．
∴1+Sn=(1+S2)qn-2 （n≥2，n∈N^*）③．
n≥3時，1+Sn-1=(1+S2)qn-3④．
③-④得，an=(1+S2)qn-3(q-1) （n≥3，n∈N^*）．
在1+Sm+n=

2a2m(1+S2n)

中，令m=n=1，得1+S2=

2a2(1+S2)

．
∴(1+S2)2=2a2(1+S2)．
則1+S₂=2a₂，∴a₂=1+a₁．
∵a₁=1，∴a₂=2．
在1+Sm+n=

2a2m(1+S2n)

中，令m=1，n=2，得1+S3=

2a2(1+S4)

．
則(4+a3)2=4(4+a3+a4)⑤
在1+Sm+n=

2a2m(1+S2n)

中，令m=2，n=1，得1+S3=

2a4(1+S2)

則(4+a3)2=8a4⑥．
由⑤，⑥，解得a₃=4，a₄=8．
則q=2，由an=(1+S2)qn-3(q-1) （n≥3，n∈N^*），
得：an=4×2n-3(2-1)=2n-1
∵a₁=1，a₂=2也適合上式，∴an=2n-1．
（2）在1+Sm+n=

2a2m(1+S2n)

中，令m=2，n=2，得1+S4=

2a4(1+S4)

則1+S₄=2a₄，∴1+S₃=a₄．
在1+Sm+n=

2a2m(1+S2n)

中，令m=1，n=2，得1+S3=

2a2(1+S4)

．
則1+S3=

2a2(1+S3+a4)

，∴a4=

2a2×2a4

．
則a₄=4a₂，∴q=

a4 a2

=2．
代入an=(1+S2)qn-3(q-1) （n≥3，n∈N^*），
得an=(1+S2)2n-3 （n≥3，n∈N^*）．
由條件a₄=a₂（a₁+a₂+1），得a₁+a₂+1=4．
∵a₂=a₁+1，a₁=1，∴a₂=2．
則an=4×2n-3=2n-1
∵a₁=1，a₂=2上式也成立，
∴an=2n-1 （n∈N*）．
故數(shù)列{a_n}成等比數(shù)列．