本题导读

本题考查前n项和公式,以及前n项和的二次函数性质。

📌【题干】

Question

(2022年上海卷) 已知等差数列 的公差不为零, 为其前 项和,若 ,则 中不同的数值有 个.

🔍【思路分析】

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本题有两种解题思路:

思路一(代数运算法,原解析思路):利用等差数列求和公式 和 ,找出首项 和公差 的关系,将 表示为关于 的含参数 的表达式,然后直接观察并找出其中相等的项,最后用总项数减去重复的项数。

思路二(二次函数对称法,推荐):等差数列的前 项和 本质上是一个常数项为 的关于 的二次函数(点集)。已知 ,,说明该二次函数图像过 和 ,由此可直接得出对称轴。利用抛物线的对称性,可以直接找出所有纵坐标相等的点。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

解法一:代数表达式法(原解析方法)

设等差数列 的首项为 ,公差为 (已知 )。

因为 ,根据前 项和公式:

解得:。

将 代入 的通项公式中:

。

因为 ,观察 :

当 或 时,;

当 或 时,;

当 或 时,。

对于 的情况,由于二次函数 在 时单调递增,所以其余的 值均不相等,且不等于上述计算出的值。

在 这 个数中:

共有 对相等的数值(即产生 个重复值)。

因此,不同的数值共有: 个。

解法二:二次函数对称法(快速求解技巧)

等差数列前 项和公式可化为 ,这是一个开口向上或向下、过原点的二次函数。

由题意 (显然成立)且 。

所以该二次函数图像经过点 和 。

根据抛物线的对称性,其对称轴为 。

在二次函数图像上,关于对称轴对称的自变量 (这里 必须为整数),对应的函数值 相等。

距离对称轴 相等的非负整数对有:

  • 距离为 :,即

  • 距离为 :,即

  • 距离为 :,即

当 时,由于都在对称轴的同一侧,函数单调,不可能再出现相等的 。

因此,在 到 共 项中,有 对值相等(即多出了 个重复项)。

所以不同的数值有: 个。

故答案为:。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心规律/公式:

    1. 的二次函数形式:(其中 ,)。若 ,这就是一个没有常数项的二次函数。

    2. 若 ,则该二次函数的对称轴为 ,且 。本题即是利用了这一反向推论。

  • 试题评价:本题考查等差数列的前 项和公式、通项公式等基础知识。题干中的 起到了关键的提示作用。能够熟练运用二次函数对称性解题的学生,可以在这道题上节约大量时间。

  • 易错提醒:

    • 总项数陷阱: 从 取到 ,共有 项,而不是 项。很多学生习惯性用 ,导致失分。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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