已知数列 a _ n 的前n项和为 S _ n, a _…——2021 高考数学第 20 题答案解析

2021_浙江卷

2021 浙江 第 20 题 解答题 区分题
2021_浙江卷

20. 已知数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的前n项和为 $S _ { n }$ , $a _ { 1 } = - \frac { 9 } { 4 }$ ,且 $4 S _ { n + 1 } = 3 S _ { n } - 9$

(1) 求数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的通项;

② 设数列 $\left\{ b _ { n } \right\}$ 满足 $3 b _ { n } + ( n - 4 ) a _ { n } = 0 ( n \in N ^ { * } )$ ,记 $\left\{ b _ { n } \right\}$ 的前n项和为 $T _ { n }$ ,若 $T _ { n } \leq \lambda b _ { n }$ 对任意 $n \in \mathbf { N } ^ { * }$ 恒 成立,求实数λ的取值范围.

参考答案

(1) $a _ { n } = - 3 \cdot ( { \frac { 3 } { 4 } } ) ^ { n } ; \quad$; (2) $\ - 3 \leq \lambda \leq 1$

查看原卷 →
题目指纹

这道题真正考什么?

难度
区分题
先及格路线 · 高中数学 · 高难题

如果目标是先及格,这道题现在可以先放。

先把常见基础得分点练稳,再回来处理综合题。

完整解析 · 逐步详解

【答案】① $a _ { n } = - 3 \cdot ( { \frac { 3 } { 4 } } ) ^ { n } ; \quad ( 2 ) \ - 3 \leq \lambda \leq 1$

【解析】

【分析】①由 $4 S _ { n + 1 } = 3 S _ { n } - 9$ ,结合 $S _ { n }$ 与 $a _ { n }$ 的关系,分 $n = 1 , n \geq 2$ 讨论,得到数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 为等比数列,即可得出结论;

> ② 由 $3 b _ { n } + ( n - 4 ) a _ { n } = 0$ 结合①的结论,利用错位相减法求出 $T _ { n }$ , $T _ { n } \leq \lambda b _ { n }$ 对任意 $n \in \mathrm { N } ^ { * }$ 恒成立,分类讨论分离参数λ,转化为λ与关于n的函数的范围关系,即可求解.

【详解】①当n=1时, $4 ( a _ { 1 } + a _ { 2 } ) = 3 a _ { 1 } - 9$

$$ 4 a _ { 2 } = \frac { 9 } { 4 } - 9 = - \frac { 2 7 } { 4 } , \therefore a _ { 2 } = - \frac { 2 7 } { 1 6 } , $$

当 $n \geq 2$ 时,由 $4 S _ { n + 1 } = 3 S _ { n } - 9 \textcircled { 1 }$

得 $4 S _ { n } = 3 S _ { n - 1 } - 9 \textcircled { 2 }$ ,①-②得 $4 a _ { n + 1 } = 3 a _ { n }$

$$ a _ { 2 } = - { \frac { 2 7 } { 1 6 } } \neq 0 , \therefore a _ { n } \neq 0 , \therefore { \frac { a _ { n + 1 } } { a _ { n } } } = { \frac { 3 } { 4 } } , $$

又 $\displaystyle \frac { a _ { 2 } } { a _ { 1 } } = \frac { 3 } { 4 } , \therefore \{ a _ { n } \}$ 是首项为 $- { \frac { 9 } { 4 } }$ ,公比为 $\frac 3 4$ 的等比数列,

$$ \therefore a _ { n } = - { \frac { 9 } { 4 } } \cdot ( { \frac { 3 } { 4 } } ) ^ { n - 1 } = - 3 \cdot ( { \frac { 3 } { 4 } } ) ^ { n } $$

> ② 由 $3 b _ { n } + ( n - 4 ) a _ { n } = 0$ ,得 $b _ { n } = - { \frac { n - 4 } { 3 } } a _ { n } = ( n - 4 ) ( { \frac { 3 } { 4 } } ) ^ { n }$

所以 $T _ { n } = - 3 \times { \frac { 3 } { 4 } } - 2 \times { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { 2 } - 1 \times { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { 3 } + 0 \times { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { 4 } + \cdots + ( n - 4 ) \cdot { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { n }$

$$ { \frac { 3 } { 4 } } T _ { n } = - 3 \times ( { \frac { 3 } { 4 } } ) ^ { 2 } - 2 \times \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { 3 } - 1 \times \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { 4 } + \cdots + ( n - 5 ) \cdot \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { n } + ( n - 4 ) \cdot \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { n + 1 } , $$

两式相减得 ${ \frac { 1 } { 4 } } T _ { n } = - 3 \times { \frac { 3 } { 4 } } + \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { 2 } + \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { 3 } + \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { 4 } + \cdots \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { n } - ( n - 4 ) \cdot \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) ^ { n + 1 }$

$$ = - { \frac { 9 } { 4 } } + { \frac { { \frac { 9 } { 1 6 } } { \Bigg [ } 1 - { \Bigg ( } { \frac { 3 } { 4 } } { \Bigg ) } ^ { n - 1 } { \Bigg ] } } { 1 - { \frac { 3 } { 4 } } } } - ( n - 4 ) { \Bigg ( } { \frac { 3 } { 4 } } { \Bigg ) } ^ { n + 1 } $$

$$ = - { \frac { 9 } { 4 } } + { \frac { 9 } { 4 } } - 4 { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { n + 1 } - ( n - 4 ) \cdot { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { n + 1 } = - n \cdot { \left( { \frac { 3 } { 4 } } \right) } ^ { n + 1 } , $$

所以 $T _ { n } = - 4 n \cdot ( \frac 3 4 ) ^ { n + 1 }$

由 $T _ { n } \leq \lambda b _ { n }$ 得 $- 4 n \cdot ( \frac { 3 } { 4 } ) ^ { n + 1 } \leq \lambda ( n - 4 ) \cdot ( \frac { 3 } { 4 } ) ^ { n }$ 恒成立,

即 $\lambda ( n - 4 ) + 3 n \geq 0$ 恒成立,

$n = 4$ 时不等式恒成立;

n < 4时, $\lambda \leq - \frac { 3 n } { n - 4 } = - 3 - \frac { 1 2 } { n - 4 }$ ,得 $\lambda \leq 1$

$n > 4$ 时, $\lambda \geq - \frac { 3 n } { n - 4 } = - 3 - \frac { 1 2 } { n - 4 }$ ,得 $\lambda \geq - 3$

所以 $- 3 \leq \lambda \leq 1$

【点睛】易错点点睛:(1)已知 $S _ { n }$ 求 $a _ { n }$ 不要忽略n=1情况;(2)恒成立分离参数时,要注意变量的正负零讨论,如②中 $\lambda ( n - 4 ) + 3 n \geq 0$ 恒成立,要对 $n - 4 = 0 , n - 4 > 0 , n - 4 < 0$ 讨论,还要注意$n - 4 < 0$ 时,分离参数不等式要变号.

✅ 来源:2021年 · 浙江 · 2021_浙江卷 · 第 20 题 · 本题已通过全部自动发布校验

同类专题与考点

返回上层