每日一题[3247]卡西尼恒等式

已知数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 满足 $a_{1}=1$,$a_{2}=1$,$a_{n+2}=a_{n+1}+a_{n}$,$n \in \mathbb{N}^{\ast}$,则(       )

A.只存在有限个正整数 $m$,使得 $a_{m}$ 与 $a_{m+1}$ 互素

B.至少存在一个正整数 $m$,使得 $a_{m+2} \cdot a_{m}=a_{m+1}^{2}$

C.存在无穷多的正整数 $p$ 和 $q$,使得 $a_{p} a_{q}-1$ 为完全平方数

D.存在无穷多的正整数对 $(m, n)$,使得 $a_{m} \mid\left(a_{n}^{2}+1\right)$,且 $a_{n} \mid\left(a_{m}^{2}+1\right)$

答案    CD.

解析    根据卡西尼恒等式,有\[a_{n+1}^2-a_{n+2}a_n=(-1)^n.\]

对于选项 $\boxed{A}$,设 $(a_n,a_{n+1})=d$,则\[d\mid a_{n+1}^2-a_{n+2}a_n\implies d\mid (-1)^n\implies d=1,\]因此对任意 $n\in\mathbb N^{\ast}$,都有 $a_n$ 与 $a_{n+1}$ 互质,选项错误.

对于选项 $\boxed{B}$,根据卡西尼恒等式,选项错误.

对于选项 $\boxed{C}$,在卡西尼恒等式中,取 $n=2m-1$,则有\[ a_{2m}^2=a_{2m+1}a_{2m-1}-1,\]因此选项正确.

对于选项 $\boxed{D}$,根据卡西尼恒等式,有\[\begin{cases} a_k^2+1=a_{k+2}a_{k-2},\\ a_{k+2}^2+1=a_{k+4}a_k,\end{cases}\implies \begin{cases} a_{k+2}\mid (a_k^2+1),\\ a_k\mid (a_{k+2}^2+1),\end{cases}\]因此选项正确.

综上所述,正确选项有 $\boxed{C}$ $\boxed{D}$.

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