本题导读
本题考查Sn与an的关系。核心在于待定系数法、代数推导法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2021年甲卷理)已知数列 的各项均为正数,记 为 的前 项和,从下面 ①②③ 中选取两个作为条件,证明另外一个成立.
① 数列 是等差数列;
② 数列 是等差数列;
③ .
注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分.
🔍【思路分析】
破题导航
这是一道典型的“三选二”开放性命题,实质上是考查等差数列基本量()与和数列()的代数转换。
方案一(选 ①③ 证 ②):已知 是等差数列,由 直接确定公差 。代入 的求和公式,发现 是完全平方式,开根号后利用等差数列定义证明。
方案二(选 ①② 证 ③):已知 是等差数列,设公差为 。利用 是等差数列的性质 列出关于 和 的无理方程。两边平方化简求出 ,进而证得结论。
方案三(选 ②③ 证 ① - 推荐):利用 求出 。已知 是等差数列,算出其首项和公差,直接写出 的通项,平方得到 的表达式。利用 还原出 ,并证明其为等差数列。此法几乎没有复杂的根式运算。
✅【答案】
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证明详见解析(三种方案均可)
✍【详细解析】
Abstract
方案一:选择 ①③ 为条件,证明结论 ②
1. 确定基本量关系:
因为条件 ① 成立,数列 是等差数列。设其公差为 。
根据条件 ③ ,即 ,解得 。
2. 求解 的表达式:
数列 的前 项和为:
将 代入:
3. 证明结论 ②:
因为数列各项均为正数,所以 。
对 开平方得:。
计算相邻两项之差:
因为对于任意 ,相邻两项之差均为常数 ,
所以数列 是以 为首项、 为公差的等差数列。
结论 ② 成立。
方案二:选择 ①② 为条件,证明结论 ③
1. 表达前三项和:
由条件 ①,设等差数列 的公差为 。
2. 建立等差中项方程:
由条件 ②,数列 是等差数列,故必满足等差中项性质:
代入表达式:
3. 求解公差 :
等式两边同时平方:
4(2a_1 + d) = a_1 + 3a_1 + 3d + 2\sqrt{a_1(3a_1 + 3d)}$$$$8a_1 + 4d = 4a_1 + 3d + 2\sqrt{3a_1^2 + 3a_1 d}
整理得:
再次对两边平方:
16a_1^2 + 8a_1 d + d^2 = 4(3a_1^2 + 3a_1 d)$$$$16a_1^2 + 8a_1 d + d^2 = 12a_1^2 + 12a_1 d
移项整理得一元二次方程:
解得 。
4. 证明结论 ③:
于是 。
结论 ③ 成立。
方案三:选择 ②③ 为条件,证明结论 ①(推荐)
1. 确定新数列的基本量:
由条件 ③ ,得 ,。
则 ,。
由条件 ② 知数列 为等差数列。
设其公差为 ,则 。
2. 求解 的表达式:
数列 的通项公式为:
两边平方得:
3. 还原数列 的通项并证明等差:
当 时:
验证当 时,,上式同样成立。
故数列 的通项公式为 。
计算相邻两项差:
因为差值为常数 ,所以数列 是等差数列。
结论 ① 成立。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心技巧:
与 的转化法门: 是数列中最底层的逻辑。只要能求出 的通项,就必定能求出 。
三选二的破题策略:在面对多种条件组合时,优先选择那些**“能直接确定基本量(首项、公差/公比)”**的条件。例如方案三中,利用 直接确定出新数列的前两项,从而彻底打开了局势。
规律总结:若数列的前 项和满足 ,则该数列必然是首项为 ,公差为 的等差数列。
避坑指南:在方案三中,由 算出 后,必须单独验证 的情况,证明公式对 亦成立。缺少此验证步骤,在严格的高考阅卷中可能会被扣掉 1 甚至 2 分!
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
🔗【关联脉络】
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