本题导读

本题考查数列的通项公式。核心在于前n项和与通项转化法(作差法)、错位相减法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2024年甲卷理)记 为数列 的前 项和. 已知 .

(1)求 的通项公式;

(2)设 ,求数列 的前 项和 .

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(退项作差求通项):由于已知式中同时混杂了和式 与通项 ,首要任务是“去 留 ”。写出 时的递推式,两式相减启动公式 ,化简可得 的等比特征。最后别忘了令 测算首项。
  2. 第二问(化简与错位相减求和):首先将第一问求得的 注入 中。此时务必小心处理幂次的符号: 与 中的负号可完美抵消合并为正数 。化简后 呈现清晰的“等差 等比”骨架,直接启动列式、同乘公比 3、错位对齐相减的“三步走”标准程序。

✅【答案】

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(1)

(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1)求 的通项公式:

  1. 计算首项 :

    当 时,.

    由于 ,则 ,解得 .

  2. 建立递推关系:

    已知 ①,

    当 时, ②.

    ① - ② 得:.

    代入 :

    .

  3. 得出结论:

    由上式可知,数列 是以 为首项, 为公比的等比数列.

    故通项公式为:.

(2)求数列 的前 项和 :

  1. 化简 :

    因为 ,所以 .

  2. 列出和式 :

    ③.

  3. 列出错位和式 :

    ④.

  4. 错位相减:

    ③ - ④ 得:

  5. 利用等比求和公式化简:

    .

  6. 得出最终结果:

    .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:数列 与 关系式 的适用条件( )、负数底数指数幂的奇偶性合并、差比数列的错位相减核心算法。
  2. 核心方法:退项作差法、错位相减法。
  3. 避坑指南:
  • 避坑指南 1(第一问首项游离于通项之外):在利用 算出 时,这只是递推律。务必写出“当 时 ”,说明该通项公式对第一项也成立(不发生断裂分段)。
  • 避坑指南 2(第二问未化简负号引发灾难):若没有发现 与 的合并关系,带着 的公比去作错位相减(即计算 ),虽理论可行,但代数符号的极性反转会把草稿纸直接写崩溃。考场铁律:凡见等比项带有交替负号,先去前面寻找能产生偶数次幂的救命稻草进行符号中和。
  • 避坑指南 3(错位相减的尾巴符号错误):在执行 ①-② 时,② 式的最后一项 前面是没有任何项与之相减的(对应 0 减去它)。故下来必须是带着负号的 。此处的负号是全国 80% 考生在错位相减法中阵亡的快速求解点。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题源自人教A版选择性必修第二册第四章《数列》中“等比数列前n项和”课后探究题。其高等数学背景为离散函数的差分方程与级数求和。错位相减法本质上是在离散域内寻找一个“乘法积分因子”,通过平移抵消消去多项式阶数,实现对一阶等差等比混合级数的简化求和。
  2. 结论推广: (差比数列求和的待定系数免笔公式):设差比数列通项为 (其中 )。其前 项和 恒能被预测出一种确定的代数构型: 。 通过待定系数强行匹配,其中常数系数满足微积分级的极简对应: (仅当首项起算完整时适用调平) 本题中 ,即 。代入速算网可验证出 。此时 。(注意本题 为 故稍有偏移)。熟练掌握待定系数法可在交卷前 30 秒实现大题终极验算防御。

🔗【关联脉络】

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