本题导读
本题考查等差数列通项公式。核心在于分类讨论、变量代换法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2017年北京卷(理)) 设 和 是两个等差数列,记 (),其中 表示这 个数中最大的数.
(1)若 ,,求 的值,并证明 是等差数列;
(2)证明:或者对任意正数 ,存在正整数 ,当 时, ;或者存在正整数 ,使得 是等差数列.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(代入计算):
- 先列出 的具体表达式。
- 观察 变化时,该式关于 的单调性。
- 若单调递减,则最大值在 处取得,从而求出 通项。
- 第二问(逻辑证明):
- 通项拆解:设 公差为 , 公差为 。展开 得到关于 的一次函数。
- 核心驱动: 的值取决于一次项系数 的符号。
- 分类讨论:根据 的符号进行讨论:
- 若 :当 足够大时,,最大值固定在 。
- 若 : 直接退化为关于 的等差数列。
- 若 :当 足够大时,,最大值固定在 ,此时 会随 无限增长。
✅【答案】
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(1) ,,; 是等差数列(公差为 )
(2) 证明见解析
✍【详细解析】
Abstract
(1)解: 由题意,。 则 。
- 当 时,。
- 当 时,。
- 当 时,。 对于任意 ,由于 ,函数 是关于 的减函数。 故 在 处取得最大值:。 当 时, 分别为 ,符合 。 因为 (常数), 所以 是等差数列。
(2)证明: 设 的公差为 , 的公差为 。 则 。 这是一个关于 的一次函数。
情形 1: 当 时,。 此时关于 的一次函数单调递减,最大值在 处取得。 故当 时,。 显然,此后 是以 为公差的等差数列。
情形 2: 此时 。
- 若 ,最大值在 ,即 ;
- 若 ,最大值在 ,即 。 无论哪种情况, 都是关于 的一次式,即 是等差数列。
情形 3: 当 足够大()时,因为 ,所以 (注意负负得正)。 此时函数关于 单调递增,最大值在 处取得: 。 则 。 因为 ,当 时,。 对任意正数 ,总能找到足够大的 使得当 时,。
综上所述,命题成立。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 变量嵌套:本题最容易混淆的是 和 。 决定了数列的项数和一次函数的斜率,而 是在该项数内寻找最大值的变量。
- 等差数列的结构:等差数列本质上是定义在正整数集上的一次函数。
- 二分结论的逻辑:证明“或者…或者…”命题,通常是通过对关键参数(如本题的公差 )的穷举讨论。
📖【试题探源与推广】
Tip
在 Obsidian 中,可以将此题标记为“动态最大值问题”。 建议在复习时,尝试画出不同 下 的直线斜率变化图,直观理解 如何在 (左端点)和 (右端点)之间切换。
🔗【关联脉络】
Multi column