本题导读

本题考查等比数列的通项与前 n 项和。核心在于待定系数法、分组分块求和法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2024年天津卷)已知数列 是公比大于 0 的等比数列,其前 项和为 ,若 ,.

(1)求数列 前 项和 ;

(2)设 , ,其中 是大于 1 的正整数.

(i) 当 时,求证: ;

(ii) 求 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第(1)问:设等比数列公比为 。由 与 ,代入 解出 ,得出 与 。
  2. 第(2)问(i):
  • 当 时, ;当 时, 。即在区间 内, 是首项为 、公差为 的等差数列。
  • 当 时, 。 为上一段等差数列的末项,利用通项公式求出 。
  • 对目标不等式作差,构造离散函数,通过一阶差分判定其单调性,结合边界完成证明。
  1. 第(2)问(ii):
  • 目标和式的上限 ,需对 在 上求和。
  • 将该区间按等比节点分为 个子区间,先求每个区间内的局部和 。
  • 总体和为 ,属于“等差 等比”级数,采用错位相减法求和。

✅【答案】

点击查看答案

(1)

(2) (i) 证明见解析

(2) (ii)

✍【详细解析】

Abstract

(1)解:求数列 前 项和

设等比数列 的公比为 。 已知 ,则:

代入 : 解得:

故通项公式为: 前 项和为:

(2)(i) 证明:当 时,

由第(1)问知 。 分析 的递推规律:

  • 当 时, 。
  • 当 时, 。 即在区间 内,数列 是首项为 ,公差为 的等差数列。

项 是该等差数列的末项。 该段的项数差为: 求该点数值:

组建作差代数式: 合并整理:

令 。

  • 当 时, 。
  • 求差分: 由于 , ,故 。 在 上严格递增。

因此,对任意 ,均有 ,即 成立。

(ii)解:求

目标和式的上限为 。 需对 在区间 上求和。 将该区间按等比节点切分为 个子区间,第 个子区间为 。 设该段局部和为 。

在该段内, 为等差数列:

  • 项数:
  • 首项:
  • 尾项:

求和:

求总体和 : 两端同乘 4:

相减(① - ②):

解得:

故 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:分段复合递推向等差模型的化归、离散函数单调性判定、分块求和及错位相减法的应用。
  2. 核心方法:区间分块化归法、离散差分函数法、错位相减法。
  3. 避坑指南:
  • 确定等差段项数:在计算 时,区间 内的项数应为 ,推导公式时需注意各项对应关系,避免项数算错。
  • 错位相减符号处理:由 向 转化时,多项式 在乘或除负数时,需将负号准确分配至每一项,避免常数项符号出错。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题将递推数列与错位相减法深度结合,考查逻辑推理与代数变形能力,属于典型的高考压轴题构型。
  2. 结论推广:处理分段递推数列

🔗【关联脉络】

Multi column