(18)(本小题满分13分) 设 a _ n 是等比数列,…——2018 高考数学第 18 题答案解析

2018_天津卷

2018 天津 第 18 题 解答题 区分题
2018_天津卷

(18)(本小题满分13分)

设 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 是等比数列,公比大于0,其前n项和为 $S _ { n } ( n \in \mathbf { N } ^ { * } )$ $\left\{ b _ { n } \right\}$ 是等差数列. 已知 $a _ { \scriptscriptstyle 1 } = 1$

$$ a _ { 3 } = a _ { 2 } + 2 ~ , ~ a _ { 4 } = b _ { 3 } + b _ { 5 } ~ , ~ a _ { 5 } = b _ { 4 } + 2 b _ { 6 } . $$

(I)求 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 和 $\left\{ b _ { n } \right\}$ 的通项公式;

(II)设数列 $\{ S _ { n } \}$ 的前n项和为 $T _ { n } ( n \in \mathbf { N } ^ { * } )$

(i)求 $T _ { n }$ ;

(ii)证明 $\sum _ { k = 1 } ^ { n } { \frac { ( T _ { k } + b _ { k + 2 } ) b _ { k } } { ( k + 1 ) ( k + 2 ) } } { = } { \frac { 2 ^ { n + 2 } } { n + 2 } } - 2 ( n \in \mathbf { N } ^ { * } )$

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【解答】
本小题主要考查等差数列的通项公式,等比数列的通项公式及前n项和公式等基础知识.考查等差数列求和的基本方法和运算求解能力.满分13分.

(I)解:设等比数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的公比为q.由 $a _ { 1 } = 1 , a _ { 3 } = a _ { 2 } + 2 .$ 可得 $q ^ { 2 } - q - 2 = 0$

因为 $q > 0$ ,可得 $q = 2$ ,故 $a _ { n } = 2 ^ { n - 1 }$

设等差数列 $\{ b _ { n } \}$ 的公差为d,由 $a _ { 4 } = b _ { 3 } + b _ { 5 }$ ,可得 $b _ { 1 } + 3 d = 4$ . 由 $a _ { 5 } = b _ { 4 } + 2 b _ { 6 }$

可得 $3 b _ { 1 } + 1 3 d = 1 6 .$ , 从而 $b _ { 1 } = 1 , d = 1$ , 故 $b _ { n } = n .$

所以数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的通项公式为 $a _ { n } = 2 ^ { n - 1 }$ ,数列 $\{ b _ { n } \}$ 的通项公式为 $b _ { n } = n$

(II)(i)由(I),有 $S _ { n } = { \frac { 1 - 2 ^ { n } } { 1 - 2 } } = 2 ^ { n } - 1$ ,故

$$ T _ { n } = \sum _ { k = 1 } ^ { n } ( 2 ^ { k } - 1 ) = \sum _ { k = 1 } ^ { n } 2 ^ { k } - n = { \frac { 2 \times ( 1 - 2 ^ { n } ) } { 1 - 2 } } - n = 2 ^ { n + 1 } - n - 2 . $$

(ii)证明:因为

$$ \frac { ( T _ { k } + b _ { k + 2 } ) b _ { k } } { ( k + 1 ) ( k + 2 ) } = \frac { ( 2 ^ { k + 1 } - k - 2 + k + 2 ) k } { ( k + 1 ) ( k + 2 ) } = \frac { k \cdot 2 ^ { k + 1 } } { ( k + 1 ) ( k + 2 ) } = \frac { 2 ^ { k + 2 } } { k + 2 } - \frac { 2 ^ { k + 1 } } { k + 1 } , $$

所以, $\sum _ { k = 1 } ^ { n } { \frac { ( T _ { k } + b _ { k + 2 } ) b _ { k } } { ( k + 1 ) ( k + 2 ) } } = ( { \frac { 2 ^ { 3 } } { 3 } } - { \frac { 2 ^ { 2 } } { 2 } } ) + ( { \frac { 2 ^ { 4 } } { 4 } } - { \frac { 2 ^ { 3 } } { 3 } } ) + \cdots + ( { \frac { 2 ^ { n + 2 } } { n + 2 } } - { \frac { 2 ^ { n + 1 } } { n + 1 } } ) = { \frac { 2 ^ { n + 2 } } { n + 2 } } - 2 .$

✅ 来源:2018年 · 天津 · 2018_天津卷 · 第 18 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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