已知正数数列$\{a_n\}$的前$n$项和与前$n$项积始终相等,求证:$1<a_{n+1}<a_n\leqslant 1+\dfrac 1n$($n\geqslant 3$).
解 根据已知,有$$a_1+a_2+\cdots +a_n=a_1\cdot a_2\cdots a_n,$$于是$$a_1+a_2+\cdots +a_n+a_{n+1}=a_1\cdot a_2\cdots a_n\cdot a_{n+1},$$因此$$a_{n+1}=a_1\cdot a_2\cdots a_n \cdot (a_{n+1}-1).$$显然有$a_n>1(n\geqslant 2)$,于是$$a_1+a_2+\cdots +a_n=a_1\cdot a_2\cdots a_n=\dfrac{a_{n+1}}{a_{n+1}-1},$$于是当$n\geqslant 2$时,有$$a_1+a_2+\cdots +a_{n-1}=\dfrac{a_n}{a_n-1},$$于是$$a_n=\dfrac{a_{n+1}}{a_{n+1}-1}-\dfrac{a_n}{a_n-1},$$即$$a_n=\dfrac{1}{a_{n+1}-1}-\dfrac{1}{a_n-1},$$由$a_n>0$就得到了$a_{n+1}<a_n$($n\geqslant 3$).将上式累加得$$\dfrac{1}{a_{n+1}-1}=\dfrac{1}{a_2-1}+a_2+\cdots +a_n.$$又因为$n\geqslant 2$时,$a_n>1$,所以有$$\begin{split} \dfrac {1}{a_{n+1}-1}=&\dfrac{1}{a_2-1}+a_2+\cdots +a_n\\=&\dfrac{1}{a_2-1}+a_2-1+1+a_3\cdots +a_n\\\geqslant &n+1,\end{split} $$即得$$a_{n}\leqslant 1+\dfrac 1n,n\geqslant 3,$$因此原命题得证.
特别的,当$n=3$时,即$a_1+a_2=a_1\cdot a_2$,$a_1+a_2+a_3=a_1\cdot a_2\cdot a_3$,则$a_3\leqslant \dfrac 43$.这就是一道经典的高考题:
已知$2^a+2^b=2^{a+b}$,$2^a+2^b+2^c=2^{a+b+c}$,且$a,b,c>0$,求$c$的最大值.
注 每日一题[394]左右逢源与本题条件相同,结论弱一些,结合数学归纳法容易证明本题这个更强的结论.