本题导读
本题考查等差、等比数列通项公式。核心在于待定系数法、构造法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2020年天津卷)已知 为等差数列, 为等比数列,,,。
(1)求 和 的通项公式;
(2)记 的前 项和为 ,求证: ();
(3)对任意的正整数 ,设 。求数列 的前 项和。
🔍【思路分析】
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1. 第一问:基础计算 利用等差数列公差 和等比数列公比 的定义,将已知等式代入通项公式即可。
2. 第二问:不等式证明 求出 ,利用作差法比较 与 的大小。
3. 第三问:求和“大工程”
- 分组: 前 项和 。
- 奇数项处理: 观察其结构,尝试裂项。这种指数与分式结合的类型,通常裂项为 形式。
- 偶数项处理: 结构为“等差 / 等比”,是标准的错位相减法模型。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
- 设 的公差为 。由 得: 。所以 。
- 设 的公比为 。由 得: 。由于 ,两边除以 得: 。 所以 。
由(Ⅰ)知 。 要证 ,即证 。 。 因为 ,所以该式恒小于 。原不等式成立。
设前 项和为 。
- 当 为奇数时: (裂项技巧)。 奇数项之和 : 。
- 当 为偶数时: 。令偶数项之和 。 这是一个错位相减模型,设公比为 : 。 解得 。
- 总和: 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 裂项相消的观察: 第(Ⅲ)问中奇数项的裂项是难点。通常如果分母是 ,分子含指数,可以尝试通项减法模型。
- 错位相减的准确性: 错位相减极其容易算错。建议在计算完 后,代入 校验是否等于 。
- 逻辑严谨性: 第三问求的是前 项和,通过奇偶分组恰好各有 项,这个数量关系要点清。
📖【试题探源与推广】
Tip
第二问证明的 ,实际上说明数列 是对数凹数列。这在组合数学和解析不等式中是一个很重要的性质,天津卷常利用这种结构来考查放缩法。
处理 为分段函数求和时,永远记住:“先分类,再各自求和,最后合并”。 如果题目要求前 项和( 可能为奇也可能为偶),则需要分情况讨论结果;但本题要求前 项和,避开了这个讨论,降低了一点难度。
在高考考场上,这种高强度计算题建议保留中间步骤。例如 的计算中,公比的提取和等比数列求和公式的运用是扣分重灾区。
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