已知{an}是等比数列，a1=2，a3=18；{bn}是等差数列，b1=2，b1+b2+b3+b4=a1+a2+a3＞20．（1）求数列{bn}的通项公式；（2）求数列{bn}的前n项和Sn的公式；（3）设Pn=b1+b4+b7+…+b3n-2，Qn=b10+b12+b14+…+b2n+8，其

Question

已知{a_n}是等比数列，a₁=2，a₃=18；{b_n}是等差数列，b₁=2，b₁+b₂+b₃+b₄=a₁+a₂+a₃＞20．
（1）求数列{b_n}的通项公式；
（2）求数列{b_n}的前n项和S_n的公式；
（3）设P_n=b₁+b₄+b₇+…+b_3n-2，Q_n=b₁₀+b₁₂+b₁₄+…+b_2n+8，其中n=1，2，…，试比较P_n与Q_n的大小，并证明你的结论．

Answer 1

（1）设{a_n}的公比为q，由a₃=a₁q²得q²=(a3)/(a1)=9，q=±3．
当q=-3时，a₁+a₂+a₃=2-6+18=14＜20，
这与a₁+a₂+a₃＞20矛盾，故舍去．
当q=3时，a₁+a₂+a₃=2+6+18=26＞20，故符合题意．
设数列{b_n}的公差为d，由b₁+b₂+b₃+b₄=26得4b₁+(4×3)/(2)d=26．
又b₁=2，解得d=3，所以b_n=3n-1．
（2）S_n=(n(b1+bn))/(2)=(3)/(2)n²+(1)/(2)n．
（3）b₁，b₄，b₇，b_3n-2组成以3d为公差的等差数列，
所以P_n=nb₁+(n(n−1))/(2)•3d=(9)/(2)n²-(5)/(2)n；
b₁₀，b₁₂，b₁₄，b_2n+8组成以2d为公差的等差数列，b₁₀=29，
所以Q_n=nb₁₀+(n(n−1))/(2)•2d=3n²+26n．
P_n-Q_n=（(9)/(2)n²-(5)/(2)n）-（3n²+26n）=(3)/(2)n（n-19）．
所以，对于正整数n，当n≥20时，P_n＞Q_n；
当n=19时，P_n=Q_n；
当n≤18时，P_n＜Q_n．