设 a_ n 是等差数列, b_ n 是等比数列,公比大于…——2019 高考数学第 18 题答案解析

2019_天津卷 (2019·文)

2019 天津 第 18 题 解答题 区分题
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18.设 $\left\{a_{\mathrm{n}}\right\}$ 是等差数列,$\left\{b_{n}\right\}$ 是等比数列,公比大于 0 ,已知 $a_{1}=b_{1}=3, b_{2}=a_{3}, b_{3}=4 a_{2}+3$ .
(I)求 $\left\{a_{n}\right\}$ 和 $\left\{b_{n}\right\}$ 的通项公式;
(II)设数列 $\left\{c_{n}\right\}$ 满足 $c_{n}= \begin{cases}1, & n \text { 为奇数,} \\ b_{\frac{n}{2}} & n \text { 为偶数,求 } a_{1} c_{1}+a_{2} c_{2}+\cdots+a_{2 n} c_{2 n} \quad\left(n \in N^{*}\right) \text { .}\end{cases}$

参考答案(I)$a_{n}=3 n, b_{n}=3^{n}$ ; (II)$\frac{(2 n-1) 3^{n+2}+6 n^{2}+9}{2}\left(n \in N^{*}\right)$

完整解析 · 逐步详解

【解答】
设 $\left\{a_{\mathrm{n}}\right\}$ 是等差数列,$\left\{b_{n}\right\}$ 是等比数列,公比大于 0 ,已知 $a_{1}=b_{1}=3, b_{2}=a_{3}, b_{3}=4 a_{2}+3$ .
(I)求 $\left\{a_{n}\right\}$ 和 $\left\{b_{n}\right\}$ 的通项公式;
(II)设数列 $\left\{c_{n}\right\}$ 满足 $c_{n}= \begin{cases}1, & n \text { 为奇数,} \\ b_{\frac{n}{2}} & n \text { 为偶数,求 } a_{1} c_{1}+a_{2} c_{2}+\cdots+a_{2 n} c_{2 n} \quad\left(n \in N^{*}\right) \text { .}\end{cases}$
【答案】(I)$a_{n}=3 n, b_{n}=3^{n}$ ;
(II)$\frac{(2 n-1) 3^{n+2}+6 n^{2}+9}{2}\left(n \in N^{*}\right)$
【解析】
【分析】
(1)首先设出等差数列的公差,等比数列的公比,根据题意,列出方程组,求得 $\left\{\begin{array}{l}d=3 \\ q=3\end{array}\right.$ ,进而求得等差数列和等比数列的通项公式;
(II)根据题中所给的 $c_{n}$ 所满足的条件,将 $a_{1} c_{1}+a_{2} c_{2}+\cdots+a_{2 n} c_{2 n}$ 表示出来,之后应用分组求和法,结合等差数列的求和公式,以及错位相减法求和,最后求得结果.

【详解】①解:设等差数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的公差为 $d$ ,等比数列 $\left\{b_{n}\right\}$ 的公比为 $q$ ,
依题意,得 $\left\{\begin{array}{l}3 q=3+2 d \\ 3 q^{2}=15+4 d\end{array}\right.$ ,解得 $\left\{\begin{array}{l}d=3 \\ q=3\end{array}\right.$ ,
故 $a_{n}=3+3(n-1)=3 n, b_{n}=3 \times 3^{n-1}=3^{n}$ ,
所以,$\left\{a_{n}\right\}$ 的通项公式为 $a_{n}=3 n,\left\{b_{n}\right\}$ 的通项公式为 $b_{n}=3^{n}$ ;
(II)$a_{1} c_{1}+a_{2} c_{2}+\cdots+a_{2 n} c_{2 n}$

$=\left(a_{1}+a_{3}+a_{5}+\cdots+a_{2 n-1}\right)+\left(a_{2} b_{1}+a_{4} b_{2}+a_{6} b_{3}+\cdots+a_{2 n} b_{n}\right)$
$=\left[n \times 3+\frac{n(n-1)}{2} \times 6\right]+\left(6 \times 3^{1}+12 \times 3^{2}+18 \times 3^{3}+\cdots+6 n \times 3^{n}\right)$
$=3 n^{2}+6 \times\left(1 \times 3^{1}+2 \times 3^{2}+\cdots+n \times 3^{n}\right)$,
记 $T_{n}=1 \times 3^{1}+2 \times 3^{2}+\cdots+n \times 3^{n} \quad$①

则 $3 T_{n}=1 \times 3^{2}+2 \times 3^{3}+\cdots+n \times 3^{n+1}$
②-(1)得, $2 T_{n}=-3-3^{2}-3^{3}-\cdots-3^{n}+n \times 3^{n+1}=-\frac{3\left(1-3^{n}\right)}{1-3}+n \times 3^{n+1}=\frac{(2 n-1) 3^{n+1}+3}{2}$ ,

所以 $a_{1} c_{1}+a_{2} c_{2}+\cdots+a_{2 n} c_{2 n}=3 n^{2}+6 T_{n}=3 n^{2}+3 \times \frac{(2 n-1) 3^{n+1}+3}{2}$
$=\frac{(2 n-1) 3^{n+2}+6 n^{2}+9}{2}\left(n \in N^{*}\right)$.
【点睛】本小题主要考查等差数列、等比数列的通项公式及前 $n$ 项和公式等基础知识,考查数列求和的基本方法和运算求解能力,属于中档题目。

✅ 来源:2019年 · 天津 · 2019_天津卷 (2019·文) · 第 18 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

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