Question

已知{a_n}是等差数列，d为公差且不为0，a₁和d均为实数，它的前n项和记作S_n，设集合A={（a_n，）|n∈N^*}，B={（x，y）x²-y²=1，x，y∈R}．试问下列结论是否正确，如果正确，请给予证明；如果不正确，请举例说明：
（1）若以集合A中的元素作为点的坐标，则这些点都在同一条直线上；
（2）A∩B至多有一个元素；
（3）当a₁≠0时，一定有A∩B≠∅．

Answer

（1）在等差数列中，写出数列的前n项和的公式，表达出集合中的元素，得到点的坐标适合直线的方程．
（2）列出方程组，利用消元法求出方程组的解，验证这个方程组只有一个解，得到这个集合至多有一个元素．
（3）验证当首项为1，公差为1时，集合A中的元素作为点的坐标，其横、纵坐标均为正，由于a1=1≠0，如果A∩B≠∅，根据（2）的结论，A∩B至多有一个元素（x，y），当a1≠0时，一定有A∩B≠∅是不正确的．
【解析】
（1）在等差数列{an}中，对一切n∈N*，有Sn=，则
这表明点（an，）适合方程y=（x+a1），
于是点（an，）均在直线y=x+a1上．
（2）设（x，y）∈A∩B，
则x，y是方程组的解，
由方程组消去y得2a1x+a12=-4，
当a1=0时，方程2a1x+a12=-4无解，
此时A∩B=∅；
当a1≠0时，
方程2a1x+a12=-4只有一个解x=
此时，方程组只有一解，
故上述方程组至多有解，
∴A∩B至多有一个元素．
（3）取a1=1，d=1，对一切的n∈N*，
有an=a1+（n-1）d=n＞0，＞0，
这时集合A中的元素作为点的坐标，其横、纵坐标均为正，
另外，由于a1=1≠0，如果A∩B≠∅，
那么根据（2）的结论，A∩B至多有一个元素（x，y），
而x==-＜0，y=
=-＜0，这样的（x，y）∉A，产生矛盾，故a1=1，d=1时，A∩B=∅，
∴当a1≠0时，一定有A∩B≠∅是不正确的．