(本小题满分 13 分)设数列 a _ n 的前 项和为n…——2015 高考数学第 19 题答案解析

2015_省自主命题(湖南)

2015 湖南 第 19 题 解答题 区分题
2015_省自主命题(湖南)

19. (本小题满分 13 分)设数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的前 项和为n $S _ { n }$ ,已知 $a _ { 1 } = 1 , a _ { 2 } = 2$ ,且 $a _ { n + 1 } = 3 S _ { n }$

$$ - S _ { n + 1 } + 3 , ( n \in N ^ { * } ) $$

(I)证明: $a _ { n + 2 } = 3 a _ { n }$ ;

(II)求 $S _ { n }$ 。

参考答案

(I)略;(II) $S _ { n } = \left\{ \begin{array} { l } { \displaystyle \frac { 3 } { 2 } ( 5 \times 3 ^ { \frac { n - 2 } { 2 } } - 1 ) , ( n = 2 k + 1 , k \in N ^ { \ast } ) } \\ { \displaystyle \frac { 3 } { 2 } ( 3 ^ { \frac { n } { 2 } } - 1 ) , ( n = 2 k , k \in N ^ { \ast } ) } \end{array} \right.$

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【答案】(I)略;(II) $S _ { n } = \left\{ \begin{array} { l } { \displaystyle \frac { 3 } { 2 } ( 5 \times 3 ^ { \frac { n - 2 } { 2 } } - 1 ) , ( n = 2 k + 1 , k \in N ^ { \ast } ) } \\ { \displaystyle \frac { 3 } { 2 } ( 3 ^ { \frac { n } { 2 } } - 1 ) , ( n = 2 k , k \in N ^ { \ast } ) } \end{array} \right.$

【解析】

试题分析:(I)当 $n \in N ^ { * } , n \geq 2$ 时,由题可得 $\alpha _ { n + 2 } = 3 S _ { n } - S _ { n + 1 } + 3 , ( n \in N ^ { \ast } ) , \ \alpha _ { n + 1 } = 3 S _ { n - 1 } - S _ { n } + 3 , ( n \in N ^ { \ast } )$ 两式子相减可得 $a _ { n + 2 } - a _ { n + 1 } = 3 a _ { n } - a _ { n + 1 }$ ,即 $a _ { n + 2 } = 3 a _ { n } . ( n \geq 2 )$ ,然后验证当n=1时,命题成立即可;(II)通过求解数列 $\{ a _ { n } \}$ 的奇数项与偶数项的和即可得到其对应前n项和的通项公式

试题解析:(I)由条件,对任意 $\boldsymbol { n } \in \boldsymbol { N } ^ { * }$ ,有 $a _ { n + 2 } = 3 S _ { n } - S _ { n + 1 } + 3 , ( n \in N ^ { * } )$

因而对任意 $n \in N ^ { * } , n \geq 2$ ,有 $a _ { n + 1 } = 3 S _ { n - 1 } - S _ { n } + 3 , ( n \in N ^ { * } )$ 两式相减,得 $\alpha _ { n + 2 } - \alpha _ { n + 1 } = 3 \alpha _ { n } - \alpha _ { n + 1 }$ ,即 $a _ { n + 2 } = 3 a _ { n } . ( n \geq 2 )$

$a _ { 1 } = 1 , a _ { 2 } = 2$ ,所以 $a _ { 3 } = 3 S _ { 1 } - S _ { 2 } + 3 = 3 a _ { 1 } - ( a _ { 1 } + a _ { 2 } ) + 3 = 3 a _ { 1 }$

故对一切 $n \in N ^ { * } , a _ { n + 2 } = 3 a _ { n }$

(I)由(I)知, $a _ { n } \neq 0$ ,所以 $\frac { a _ { n + 2 } } { a _ { n } } = 3$ ,于是数列 $\{ a _ { 2 n - 1 } \}$ 是首项 $a _ { 1 } = 1$ ,公比为3的等比数列,数列 $\{ a _ { 2 n } \}$ 是首项 $a _ { 1 } = 2$ ,公比为3的等比数列,所以 $a _ { 2 n - 1 } = 3 ^ { n - 1 } , a _ { 2 n } = 2 \times 3 ^ { n - 1 }$

$$ S _ { 2 n } = a _ { 1 } + a _ { 2 } + \cdots + a _ { 2 n } = ( a _ { 1 } + a _ { 3 } + \cdots + a _ { 2 n - 1 } ) + ( a _ { 2 } + a _ { 4 } + \cdots + a _ { 2 n } ) $$

$$ = ( 1 + 3 + \cdots 3 ^ { n - 1 } ) + 2 ( 1 + 3 + \cdots 3 ^ { n - 1 } ) = 3 ( 1 + 3 + \cdots 3 ^ { n - 1 } ) = \frac { 3 ( 3 ^ { n } - 1 ) } { 2 } $$

从而 $S _ { 2 n - 1 } = S _ { 2 n } - a _ { 2 n } = { \frac { 3 ( 3 ^ { n } - 1 ) } { 2 } } - 2 \times 3 ^ { n - 1 } = { \frac { 3 } { 2 } } ( 5 \times 3 ^ { n - 2 } - 1 )$

综上所述, $S _ { n } = \left\{ \begin{array} { l l } { \displaystyle \frac { 3 } { 2 } ( 5 \times 3 ^ { \frac { n - 2 } { 2 } } - 1 ) , ( n = 2 k + 1 , k \in N ^ { * } ) } \\ { \displaystyle \frac { 3 } { 2 } ( 3 ^ { \frac { n } { 2 } } - 1 ) , ( n = 2 k , k \in \bar { N } ^ { * } ) } \end{array} \right.$

【考点定位】数列递推关系、数列求和

【名师点睛】已知数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的前n项和 $S _ { n } ,$ ,求数列的通项公式,其求解过程分为三步:

(1)先利用 $a _ { 1 } { = } S _ { 1 }$ 求出 $a _ { 1 } \colon ~ ( 2 )$ 用 n-1替换S 中的 n得到一个新的关系,利用 $a _ { n } { = } S _ { n } { - } S _ { n - 1 } ( n { \geq } 2 )$ 便可求出当$\scriptstyle n \geq 2$ 时 $a _ { n }$ 的表达式;(3)对 =1 时的结果进行检验,看是否符合 $\scriptstyle n \geq 2$ 时 $a _ { n }$ 的表达式,如果符合,则可以把数列的通项公式合写;如果不符合,则应该分 n=1 与 $\scriptstyle n \geq 2$ 两段来写.数列求和的常用方法有倒序相加法,错位相减法,裂项相消法,分组求和法,并项求和法等,可根据通项特点进行选用.

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