每日一题[3196]围剿有理数

已知等差数列 $\{a_n\}$ 的公差 $d\neq0$,等比数列 $\{b_n\}$ 的公比 $q$ 为小于 $1$ 的正有理数.若 $a_1=d$,$b_1=d^2$,且 $\dfrac{a_1^2+a_2^2+a_3^2}{b_1+b_2+b_3}$ 为正整数,则 $q=$ _______.

答案    $\dfrac12$.

解析    根据题意,有\[\dfrac{a_1^2+a_2^2+a_3^2}{b_1+b_2+b_3}=\dfrac{a_1^2+(a_1+d)^2+(a_1+2d)^2}{b_1+b_1q+b_1q^2}=\dfrac{14}{1+q+q^2},\] 由题设不妨设 $1+q+q^2=\dfrac{14}m$,其中 $m\in\mathbb N^{\ast}$,则\[q=-\dfrac12+\sqrt{\dfrac14+\dfrac{14}m-1}=-\dfrac12+\sqrt{\dfrac{56-3m}{4m}},\] 又由于 $q$ 为小于 $1$ 的正有理数,于是\[1<\dfrac{14}m<3\iff 5\leqslant m\leqslant13,\]且 $\dfrac{56-3m}{4m}$ 为某个有理数的平方.因此 $q=\dfrac12$.

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