本题导读
本题考查等差数列的通项公式,以及周期性。
📌【题干】
Question
(2023年乙卷理)已知等差数列 的公差为 ,集合 ,若 ,则
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
分析数列的周期性:等差数列通项 。由于公差 ,且 ,故余弦函数序列 的值呈现周期性变化,周期 。
分析集合 :因为周期为 3,所以集合 最多包含 3 个元素:。
结合条件 :题目已知集合 只有两个元素,说明这三个值中有且仅有两个相等。
几何意义求解:在单位圆上,角 依次相差 ,构成一个内接正三角形的顶点。若它们的余弦值(横坐标)只有两种,说明图形关于 轴对称,必有一个顶点落在 轴上。
✅【答案】
点击查看答案
B
✍【详细解析】
Abstract
方法一:周期性与代数推导
确定值域范围:
数列 是公差 的等差数列。
考察序列 :
.
故该数列是以 3 为周期的数列,集合 由 构成。
利用集合元素个数建立方程:
已知 ,即 。这意味着 中恰有两个相等。
不妨设 (其他情况同理,只是相位平移)。
由 得:
.
若取“+”,则 ,无解。
若取“-”,则 .
计算具体数值:
取 ,则 .
此时三项分别为:
;
;
.
求积:
集合 ,即 分别为 和 。
则 .
方法二:单位圆几何直观(快速求解法)
在单位圆上对应的点 构成一个正三角形(因为间隔 )。
集合 是这三个点的横坐标集合。
若 只有两个元素,说明有两个点的横坐标相同,即这两点关于 轴对称。
正三角形关于 轴对称,意味着其中一个顶点必须在 轴上(即角度为 或 )。
情况 A:顶点为 。
值为 。,积为 。
情况 B:顶点为 (即 )。
值为 。,积为 。
结论:
对应选项 B 正确.
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:由线性等差相位导出离散三角级数的周期归置规律、集合元素的互异性对多项式重根的硬性约束、余弦函数在复数域(单位圆)中的射影体现意义。
- 核心方法:单位圆数形结合快速求解法、诱导方程解集分支法。
- 避坑指南:
- 深陷求首项 具体值的泥潭:部分考生在列出方程后,花费大量精力试图去解出一个唯一的 ,却发现由于 的存在, 有无数个解。务必明确:首项的具体角度是不重要的(可以在圆周上自由旋转),但只要满足集合大小为 2,其相对几何拓扑结构(即 1 个孤立点与 2 个重合射影点)就已经被死定,值域集合的构成元素是恒定不变的。
- 看错设问要求,错选元素本身:计算出集合元素为 和 后,个别考生草稿纸上书写不规范,容易把 或 当成最终答案。看清题干要求的是求“”(两元素之积),做出精准勾选。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是2023年全国乙卷理科数学的第十题,属于将等差数列通项与三角函数性质深度级联的中档创新选择题。母题模型根植于人教A版教材《选择性必修第二册》第四章“等差数列”与《必修第一册》第五章“三角函数的周期性”的交叉边缘。命题立意极高,旨在通过离散的集合元素个数,测试考生跨章节运用“数形结合”工具对抽象代数进行简化转化的功底。
- 结论推广: 在相关理论框架下,本题可以推广为一个通用的**“单位圆内接正 边形射影阶不变量定理”**: 设等差数列 的公差为 。由其构筑的余弦值域集合为 。
- 一般形态:当初始相位随意摆放时,集合元素的个数恒满足 ;
- 对称退化形态:当且仅当该内接正 边形的一条对称轴与平面坐标轴 轴发生重合时,由于轴对称导致体现发生两两重叠,集合元素个数发生最大化退化转化。
若 为奇数(如本题 ),退化后的集合大小恒为 。其退化集合内所有元素的绝对不变量算术乘积,可以通过复数域的根与系数关系严格证明满足常数泛函通式: 我们直接套用这一高阶推广通式对本题进行快速验证: 本题中公差分母 (奇数),满足退化条件 。直接带入通式求集合内全量元素之积 : 严格乘积项:去重后的两个独立元分别为 与 ,乘积为 。掌握这一旋转对称射影模型,可以帮助考生在后续面对任何关于“等分点余弦和”、“等分点余弦积”的压轴选择填空题时,自发跨越繁琐的三角恒等变换,直接从空间几何高度进行简化处理。
🔗【关联脉络】
Multi column
知识锚点 (Nodes)
类题演练 (Links)