已知递增等比数列{an}\{a_{n}\}的第三项、第五项、第七项的积为512512,且这三项分别减去11,33,99后成等差数列.则{an}\{a_{n}\}的公比为___;设Sn=a  ⁣12+a  ⁣22+S_{n}=a{\,\!}^{2}_{1}+a{\,\!}^{2}_{2}+…+a  ⁣n2+a{\,\!}^{2}_{n},则SnS_{n}的表达式为___.

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完整解法

1. 利用等比数列性质求出 $a_5$ 的值

由等比数列性质可得 a3⋅a7=a52a_3 \cdot a_7 = a_5^2。
因为 a3⋅a5⋅a7=512a_3 \cdot a_5 \cdot a_7 = 512,所以 a53=512a_5^3 = 512,解得 a5=8a_5 = 8。

2. 建立方程组求出 $a_3$ 和 $a_7$ 的值

因为 a3−1a_3 - 1,a5−3a_5 - 3,a7−9a_7 - 9 成等差数列,由等差中项性质得:
2(a5−3)=(a3−1)+(a7−9)2(a_5 - 3) = (a_3 - 1) + (a_7 - 9)
代入 a5=8a_5 = 8,解得:
a3+a7=20a_3 + a_7 = 20
又因为 a3⋅a7=a52=64a_3 \cdot a_7 = a_5^2 = 64,解联立方程:
{a3+a7=20a3⋅a7=64\begin{cases} a_3 + a_7 = 20 \\ a_3 \cdot a_7 = 64 \end{cases}
解得 a3=4,a7=16a_3 = 4, a_7 = 16 或 a3=16,a7=4a_3 = 16, a_7 = 4。
因为数列 {an}\{a_n\} 递增,所以 a3<a7a_3 < a_7,故 a3=4a_3 = 4,a7=16a_7 = 16。

3. 求等比数列的公比 $q$

由等比数列通项公式,q2=a5a3=84=2q^2 = \dfrac{a_5}{a_3} = \dfrac{8}{4} = 2。
由于数列 {an}\{a_n\} 递增且 a3=4>0a_3 = 4 > 0,公比 q>1q > 1,所以 q=2q = \sqrt{2}。

4. 求 $S_n = a_1^2 + a_2^2 + \dots + a_n^2$ 的表达式

由 a3=a1q2a_3 = a_1 q^2,得 4=2a1  ⟹  a1=24 = 2a_1 \implies a_1 = 2。
则 an=2(2)n−1a_n = 2(\sqrt{2})^{n-1},故 an2=4⋅2n−1a_n^2 = 4 \cdot 2^{n-1}。
因此数列 {an2}\{a_n^2\} 是以 a12=4a_1^2 = 4 为首项,公比 Q=q2=2Q = q^2 = 2 的等比数列。
其前 nn 项和 SnS_n 为:
Sn=4(2n−1)2−1=4(2n−1)=2n+2−4S_n = \frac{4(2^n - 1)}{2 - 1} = 4(2^n - 1) = 2^{n+2} - 4

答案

2\sqrt{2};4(2n−1)4(2^n - 1)(或 2n+2−42^{n+2} - 4)

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