题主的问题设定了一个前提条件,即存在同时满足两个不同等差数列的数,要证明同时满足两个不同等差数列的数组成等差数列.
设无穷等差数列 、 的首项分别为 、 ,公差分别为 、
先给出定理 1:
定理 1:若存在正整数 、 ,使得 ,则存在正整数 、 ,使得 的充要条件是 是正有理数.
证明:
充分性:设 , 是既约真分数,故存在正数 使得 , ,所以 , ,故 ,充分性成立
必要性:易得 ,即: ,则 ,故 是正有理数.
我们设上述等差数列 、 的公共项的最小值为 , , ,则数列 的通项公式可以写为: ,同理 ,又因为 ,故 ,则 、 的公共项按从小到大的顺序组成的新数列也是等差数列 ,即 ,还即 .