(22)(满分 14 分)已知等差数列 a_ n 的公差为…——2009 高考数学第 22 题答案解析

2009_天津卷 (2009·理)

2009 天津 第 22 题 解答题 区分题
2009_天津卷 (2009·理)

(22)(满分 14 分)已知等差数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的公差为 $\mathrm{d}(\mathrm{d} \neq 0)$ ,等比数列 $\left\{b_{n}\right\}$ 的公比为 q $(\mathrm{q}>1)$ 。设 $s_{n}=a_{1} b_{1}+a_{2} b_{2} \ldots .+a_{n} b_{n}, T_{n}=a_{1} b_{1}-a_{2} b_{2}+\ldots . .+(-1)^{n-1} \quad a_{n} b_{n}, \mathrm{n} \in N^{+}$
(I)若 $a_{1}=b_{1}=1, \mathrm{~d}=2, \mathrm{q}=3$ ,求 $S_{3}$ 的值;
(II)若 $b_{1}=1$ ,证明 $(1-\mathrm{q}) S_{2 n}-(1+\mathrm{q}) T_{2 n}=\frac{2 d q\left(1-q^{2 n}\right)}{1-q^{2}}, \mathrm{n} \in N^{+}$;
(III)若正数 n 满足 $2 \leq \mathrm{n} \leq \mathrm{q}$ ,设 $k_{1}, k_{2}, \ldots, k_{n}$ 和 $l_{1}, l_{2}, \ldots, l_{n}$ 是 $1,2, \ldots, \mathrm{n}$ 的两个不同的排列, $c_{1}=a_{k_{1}} b_{1}+a_{k_{2}} b_{2}+\ldots+a_{k_{n}} b_{n}, \quad c_{2}=a_{l_{1}} b_{1}+a_{l_{2}} b_{2}+\ldots+a_{l_{n}} b_{n}$ 证明 $c_{1} \neq c_{2}$ 。

## 2009年普通高等学校招生全国统一考试(天津卷)

## 数学(理工类)参考解答

一.选择题:本题考查基本知识和基本运算。每小题 5 分,满分 50 分。

完整解析 · 逐步详解

【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与前 $n$ 项和公式等基础知识,考查运算能力,推理论证能力及综合分析和解决问题的能力的能力,满分 14 分。
( I )解:由题设,可得 $a_{n}=2 n-1, b_{n}=3^{n-1}, n \in N^{*}$
所以,$S_{3}=a_{1} b_{1}+a_{2} b_{2}+a_{3} b_{3}=1 \times 1+3 \times 3+5 \times 9=55$
(II)证明:由题设可得 $b_{n}=q^{n-1}$ 则

$$ \begin{aligned} & S_{2 n}=a_{1}+a_{2} q+a_{3} q^{2}+\ldots . .+a_{2 n} q^{2 n-1} \\ & T_{2 n}=a_{1}-a_{2} q+a_{3} q^{2}-a_{4} q^{3}+\ldots . .-a_{2 n} q^{2 n-1} \\ & S_{2 n}-T_{2 n}=2\left(a_{2} q+a_{4} q^{3}+\ldots-a_{2 n} q^{2 n-1}\right) \end{aligned} $$

①式减去②式,得
①式加上②式,得

$$ S_{2 n}+T_{2 n}=2\left(a_{1}+a_{3} q^{2}+\ldots .+a_{2 n-1} q^{2 n-2}\right) $$

(2)式两边同乘 q ,得

$$ q\left(S_{2 n}+T_{2 n}\right)=2\left(a_{1} q+a_{3} q^{3}+\ldots .+a_{2 n-1} q^{2 n-1}\right) $$

所以,

$$ \begin{aligned} (1-q) S_{2 n}-(1+q) T_{2 n} & =\left(S_{2 n}-T_{2 n}\right)-q\left(S_{2 n}+T_{2 n}\right) \\ & =2 d\left(q+q^{3}+\mathrm{K}+q^{2 n-1}\right) \\ & =\frac{2 d q\left(1-q^{2 n}\right)}{1-q^{2}}, n \in N^{*} \end{aligned} $$

(III)证明:$c_{1}-c_{2}=\left(a_{k_{1}}-a_{l_{1}}\right) b_{1}+\left(a_{k_{2}}-a_{l_{2}}\right) b_{2}+\mathrm{K}+\left(a_{k_{n}}-a_{l_{n}}\right) b_{n}$

$$ =\left(k_{1}-l_{1}\right) d b_{1}+\left(k_{2}-l_{2}\right) d b_{1} q+\mathrm{K}+\left(k_{n}-l_{n}\right) d b_{1} q^{n-1} $$

因为 $d \neq 0, b_{1} \neq 0$ ,所以

$$ \frac{c_{1}-c_{2}}{d b_{1}}=\left(k_{1}-l_{1}\right)+\left(k_{2}-l_{2}\right) q+\mathrm{K}+\left(k_{n}-l_{n}\right) q^{n-1} $$

①$\quad$ 若 $k_{n} \neq l_{n}$ ,取 $\mathrm{i}=\mathrm{n}$
②若 $k_{n}=l_{n}$ ,取 i 满足 $k_{i} \neq l_{i}$ 且 $k_{j}=l_{j}, i+1 \leq j \leq n$
由①,②及题设知, $1

$$ \frac{c_{1}-c_{2}}{d b_{1}}=\left(k_{1}-l_{1}\right)+\left(k_{2}-l_{2}\right) q+\mathrm{K}\left(k_{i-1}-l_{i-1}\right) q^{i-2}+\left(k_{i}-l_{i}\right) q^{i-1} $$

(1)当 $k_{i}即 $k_{1}-l_{1} \leq q-1,\left(k_{2}-l_{2}\right) q \leq q(q-1) \cdots,\left(k_{i-1}-l_{i-1}\right) q^{i-2} \leq q^{i-2}(q-1)$
又 $\left(k_{i}-l_{i}\right) q^{i-1} \leq-q^{i-1}$ ,所以

$$ \frac{c_{1}-c_{2}}{d b_{1}}=(q-1)+(q-1) q+\mathrm{K}(q-1) q^{i-2}-q^{i-1}=(q-1) \frac{1-q^{i-1}}{1-q} $$

因此 $c_{1}-c_{2} \neq 0$ ,即 $c_{1} \neq c_{2}$
(2)当 $k_{i}>l_{i}$ 同理可得 $\frac{c_{1}-c_{2}}{d b_{1}}<-1$ ,因此 $c_{1} \neq c_{2}$

综上,$c_{1} \neq c_{2}$

选择填空解析

## 2008年天津市高考数学试卷(理科)

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