(10分)数列 a _ n 满足 a _ 1 = 1 ,…——2014 高考数学第 17 题答案解析

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2014 National Question 17 Free-response Differentiating
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17.(10分)数列 $\{ \mathsf { a } _ { \mathsf { n } } \}$ 满足 $a _ { 1 } = 1 , ~ \mathsf { a } _ { 2 } = 2 , ~ \mathsf { a } _ { n + 2 } = 2 \mathsf { a } _ { n + 1 } - \mathsf { a } _ { { n } } + 2$

(Ⅰ)设 $\mathsf { b } _ { \mathsf { n } } { = } \mathsf { a } _ { \mathsf { n } + 1 } - \mathsf { a } _ { \mathsf { n } }$ ,证明 $\{ { \sf b } _ { \sf n } \}$ 是等差数列;

(Ⅱ)求 $\{ \mathsf { a } _ { \mathsf { n } } \}$ 的通项公式

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(Ⅰ)由已知递推式 $a_{n+2} = 2a_{n+1} - a_n + 2$,移项变形得:
$$ a_{n+2} - a_{n+1} = a_{n+1} - a_n + 2 $$
根据定义 $b_n = a_{n+1} - a_n$,则上式可化为:
$$ b_{n+1} = b_n + 2 $$
即 $b_{n+1} - b_n = 2$。
又因为 $b_1 = a_2 - a_1 = 2 - 1 = 1$。
所以数列 $\{b_n\}$ 是以 $1$ 为首项,$2$ 为公差的等差数列。

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,$\{b_n\}$ 的通项公式为:
$$ b_n = 1 + (n-1) \times 2 = 2n - 1 $$
即 $a_{n+1} - a_n = 2n - 1$。
当 $n \ge 2$ 时,利用累加法求 $a_n$:
$$ \begin{aligned} a_n - a_1 &= (a_n - a_{n-1}) + (a_{n-1} - a_{n-2}) + \dots + (a_2 - a_1) \\ &= b_{n-1} + b_{n-2} + \dots + b_1 \\ &= [2(n-1)-1] + [2(n-2)-1] + \dots + 1 \end{aligned} $$
上述和式为前 $n-1$ 个奇数之和,或者直接利用等差数列求和公式:
$$ a_n - a_1 = \frac{(n-1)(1 + 2n - 3)}{2} = \frac{(n-1)(2n-2)}{2} = (n-1)^2 $$
因为 $a_1 = 1$,所以:
$$ a_n = (n-1)^2 + 1 = n^2 - 2n + 2 $$
当 $n=1$ 时,$a_1 = 1^2 - 2(1) + 2 = 1$,符合题意。
故数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = n^2 - 2n + 2$。

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