本题导读

本题考查等差数列的通项与前 n 项和。核心在于待定系数法、分组求和法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2023年新高考II卷)已知 为等差数列,.

记 分别为数列 的前 项和,.

(1) 求 的通项公式;

(2) 证明:当 时,。

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(求通项):
  • 设等差数列首项为 ,公差为 。
  • 将 用 和 表示。注意 。
  • 联立方程组求解 。
  1. 第二问(证明不等式):
  • 求出求和通式: 直接代入等差求和公式。 由于是分段定义,需要分 为偶数和 为奇数两种情况讨论,采用分组求和(奇数项一组,偶数项一组)。
  • 作差比较:计算 ,得到关于 的二次式。
  • 判定正负:结合 的条件,证明差值恒大于 0。

✅【答案】

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(1)

(2) 证明见解析

✍【详细解析】

Abstract

(1) 求 的通项公式: 设等差数列 的公差为 。 由 得: —— ① 根据 的定义: 由 得: 整理得: —— ② 联立 ①②: 所以 。 故数列 的通项公式为 。

(2) 证明:当 时,: 由 (1) 得 。 分段数列

情形 1:当 为偶数时,设 奇数项部分是首项为 ,公差为 的等差数列: 偶数项部分是首项为 ,公差为 的等差数列: 所以 。 将 代入:。 作差:。 因为 ,所以 ,即 。

情形 2:当 为奇数时,设 。 将 代入: 。 作差:。 因为 ,所以 ,即 。

综上所述,当 时, 得证。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:等差数列基本量计算、分组求和、作差法证明不等式。
  2. 核心方法:奇偶分类讨论法、分组转化法。
  3. 避坑指南:在求分段数列和时,必须对项数 分奇偶讨论。利用 或 进行变量替换是关键,务必仔细核对代入多项式展开的系数。处理奇数项和时,巧妙利用 可减少一次繁琐的等差数列求和过程。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:考查数列中奇偶分离模型的基本计算,属于数列模块常规解答题,侧重运算毅力与代数式的有序管理。
  2. 结论推广:对于分段数列 的求和,本质是将序列按性质切分(通常为奇数列与偶数列)。在证明两数列前 项和的不等式时,先求解析式后作差因式分解是最稳定的代数路径。此外,亦可从通项性质切入:因 ,随 增大差值恒正,从而验证求和发散趋势。

🔗【关联脉络】

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