(本小题满分 12 分)已知数列 a_ n 的前 n 项和…——2012 高考数学第 20 题答案解析

2012_退役省自主命题 (2012·理)

2012 全国 第 20 题 解答题 区分题
2012_退役省自主命题 (2012·理)

20、(本小题满分 12 分)已知数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的前 $n$ 项和为 $S_{n}$ ,且 $a_{2} a_{n}=S_{2}+S_{n}$ 对一切正整数 $n$都成立。
(I)求 $a_{1}, a_{2}$ 的值;
(II)设 $a_{1}>0$ ,数列 $\left\{\lg \frac{10 a_{1}}{a_{n}}\right\}$ 的前 $n$ 项和为 $T_{n}$ ,当 $n$ 为何值时,$T_{n}$ 最大?并求出 $T_{n}$ 的最大值。

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解:①取 $\mathrm{n}=1$ ,得 $a_{2} a_{1}=S_{2}+S_{1}=2 a_{1}+a_{2}$

$$ \text { 取 } \mathrm{n}=2 \text {, 得 } a_{2}^{2}=2 a_{1}+2 a_{2} $$

由②-①,得 $a_{2}\left(a_{2}-a_{1}\right)=a_{2}$

若 $a_{2}=0$ ,由①知 $a_{1}=0$ ;
若 $a_{2} \neq 0$ ,由(3)知 $a_{2}-a_{1}=1$ .

由①,(4)解得,$a_{1}=\sqrt{2}+1, a_{2}=\sqrt{2}+2$ ;或 $a_{1}=1-\sqrt{2}, a_{2}=2-\sqrt{2}$ .

综上可得,$a_{1}=0, a_{2}=0$ ;或 $a_{1}=\sqrt{2}+1, a_{2}=\sqrt{2}+2$ ;或 $a_{1}=1-\sqrt{2}, a_{2}=2-\sqrt{2}$ .
> ②当 $a_{1}>0$ 时,由①知 $a_{1}=\sqrt{2}+1, a_{2}=\sqrt{2}+2$ .
当 $n \geq 2$ 时,有 $(\sqrt{2}+2) a_{n}=S_{2}+S_{n}, \quad(\sqrt{2}+2) a_{n-1}=S_{2}+S_{n-1}$ ,
所以 $(1+\sqrt{2}) a_{n}=(2+\sqrt{2}) a_{n-1}$ ,即 $a_{n}=\sqrt{2} a_{n-1} \quad(n \geq 2)$ ,
所以 $a_{n}=a_{1}(\sqrt{2})^{n-1}=(\sqrt{2}+1) \bullet(\sqrt{2})^{n-1}$ .
令 $b_{n}=\lg \frac{10 a_{1}}{a_{n}}$ ,则 $b_{n}=1-\lg (\sqrt{2})^{n-1}=1-\frac{1}{2}(n-1) \lg 2=\frac{1}{2} \lg \frac{100}{2^{n-1}}$
所以数列 $\left\{b_{n}\right\}$ 是单调速减的等差数列(公差为 $-\frac{1}{2} \lg 2$ ),
从而 $b_{1}>b_{2}>\cdots>b_{7}=\lg \frac{10}{8}>\lg 1=0$
当 $n \geq 8$ 时,$\quad b_{n} \leq b_{8}=\frac{1}{2} \lg \frac{100}{128}<\frac{1}{2} \lg 1=0$ ,
故 $\mathrm{n}=7$ 时,$T_{n}$ 取得最大值,且 $T_{n}$ 的最大值为 $T_{7}=\frac{7\left(b_{1}+b_{7}\right)}{2}=\frac{7(1+1-3 \lg 2)}{2}=7-\frac{21}{2} \lg 2$ .
考点定位:本小题考查等比数列、等差数列、对数等基础知识.考查思维能力、分析问题与解决问题的能力。考查方程、分类与整合、化归与转化等数学思想。

✅ 来源:2012年 · 全国 · 2012_退役省自主命题 (2012·理) · 第 20 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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