某校学生在研究民间剪纸艺术时,发现剪纸时经常会沿纸的某条对…——2021 高考数学第 16 题答案解析

2021_新课标 I 卷 (2021)

2021 ?? 第 16 题 解答题 区分题
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16.某校学生在研究民间剪纸艺术时,发现剪纸时经常会沿纸的某条对称轴把纸对折,规格为
$20 \mathrm{dm} \times 12 \mathrm{dm}$ 的长方形纸,对折1次共可以得到 $10 \mathrm{dm} \times 12 \mathrm{dm}, ~ 20 \mathrm{dm} \times 6 \mathrm{dm}$ 两种规格的图形,它们的面积之和 $S_{1}=240 \mathrm{dm}^{2}$ ,对折 2 次共可以得到 $5 \mathrm{dm} \times 12 \mathrm{dm}, ~ 10 \mathrm{dm} \times 6 \mathrm{dm}, ~ 20 \mathrm{dm} \times 3 \mathrm{dm}$ 三种规格的图形,它们的面积之和 $S_{2}=180 \mathrm{dm}^{2}$ ,以此类推,则对折 4 次共可以得到不同规格图形的种数为 ;如果对折 $n$ 次,那么 $\sum_{k=1}^{n} S_{k}= \mathrm{dm}^{2}$ .

参考答案(1) 5; (2) $720-\frac{15(3+n)}{2^{n-4}}$

完整解析 · 逐步详解

【答案】①. 5 ②. $720-\frac{15(3+n)}{2^{n-4}}$

## 【解析】

【分析】(1)按对折列举即可;(2)根据规律可得 $S_{n}$ ,再根据错位相减法得结果.
【详解】(1)对折 4 次可得到如下规格:$\frac{5}{4} d m \times 12 d m, \frac{5}{2} d m \times 6 d m, 5 d m \times 3 d m, 10 d m \times \frac{3}{2} d m$ , $20 d m \times \frac{3}{4} d m$ ,共 5 种;

(2)由题意可得 $S_{1}=2 \times 120, S_{2}=3 \times 60, S_{3}=4 \times 30, S_{4}=5 \times 15, \cdots, S_{n}=\frac{120(n+1)}{2^{n-1}}$ ,

设 $S=\frac{120 \times 2}{2^{0}}+\frac{120 \times 3}{2^{1}}+\frac{120 \times 4}{2^{2}}+\mathrm{L}+\frac{120(n+1)}{2^{n-1}}$ ,

则 $\frac{1}{2} S=\frac{120 \times 2}{2^{1}}+\frac{120 \times 3}{2^{2}}+\cdots+\frac{120 n}{2^{n-1}}+\frac{120(n+1)}{2^{n}}$ ,
两式作差得 $\frac{1}{2} S=240+120\left(\frac{1}{2}+\frac{1}{2^{2}}+\cdots+\frac{1}{2^{n-1}}\right)-\frac{120(n+1)}{2^{n}}=240+\frac{60\left(1-\frac{1}{2^{n-1}}\right)}{1-\frac{1}{2}}-\frac{120(n+1)}{2^{n}}$
$=360-\frac{120}{2^{n-1}}-\frac{120(n+1)}{2^{n}}=360-\frac{120(n+3)}{2^{n}}$ ,
因此,$S=720-\frac{240(n+3)}{2^{n}}=720-\frac{15(n+3)}{2^{n-4}}$ .
故答案为: $5 ; 720-\frac{15(n+3)}{2^{n-4}}$ .
【点睛】方法点睛:数列求和的常用方法:
(1)对于等差等比数列,利用公式法可直接求解;
(2)对于 $\left\{a_{n} b_{n}\right\}$ 结构,其中 $\left\{a_{n}\right\}$ 是等差数列,$\left\{b_{n}\right\}$ 是等比数列,用错位相减法求和;
(3)对于 $\left\{a_{n}+b_{n}\right\}$ 结构,利用分组求和法;
(4)对于 $\left\{\frac{1}{a_{n} a_{n+1}}\right\}$ 结构,其中 $\left\{a_{n}\right\}$ 是等差数列,公差为 $d(d \neq 0)$ ,则 $\frac{1}{a_{n} a_{n+1}}=\frac{1}{d}\left(\frac{1}{a_{n}}-\frac{1}{a_{n+1}}\right)$ ,利用裂项相消法求和。

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