(本题满分 18 分)本题共有 3 个小题,第 1 小题满…——2016 高考数学第 23 题答案解析

2016_上海卷 (2016·理)

2016 上海 第 23 题 解答题 区分题
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23.(本题满分 18 分)本题共有 3 个小题,第 1 小题满分 4 分,第 2 小题满分 6 分,第 3 小题满分 8 分。

若无穷数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 满足:只要 $a_{p}=a_{q}\left(p, q \in \mathrm{~N}^{*}\right)$,必有 $a_{p+1}=a_{q+1}$,则称 $\left\{a_{n}\right\}$ 具有性质 P。
(1)若 $\left\{a_{n}\right\}$ 具有性质 P,且 $a_{1}=1, a_{2}=2, a_{4}=3, a_{5}=2, a_{6}+a_{7}+a_{8}=21$,求 $a_{3}$;
(2)若无穷数列 $\left\{b_{n}\right\}$ 是等差数列,无穷数列 $\left\{c_{n}\right\}$ 是公比为正数的等比数列,$b_{1}=c_{5}=1$, $b_{5}=c_{1}=81, a_{n}=b_{n}+c_{n}$,判断 $\left\{a_{n}\right\}$ 是否具有性质 P,并说明理由;
③设 $\left\{b_{n}\right\}$ 是无穷数列,已知 $a_{n+1}=b_{n}+\sin a_{n}\left(n \in \mathrm{~N}^{*}\right)$。求证:"对任意 $a_{1},\left\{a_{n}\right\}$ 都具有性质 P "的充要条件为"$\left\{b_{n}\right\}$ 是常数列".

参考答案(1) 16; (2) $\left\{a_{n}\right\}$ 不具有性质 P,理由见解析; (3) 见解析

完整解析 · 逐步详解

【答案】(1) 16;②$\left\{a_{n}\right\}$ 不具有性质 P,理由见解析;③见解析。
【解析】

试题分析:(1)根据已知条件,得到 $a_{6}+a_{7}+a_{8}=a_{3}+3+2$,结合 $a_{6}+a_{7}+a_{8}=21$ 求解即可.
(2)根据 $\left\{b_{n}\right\}$ 的公差为 $20,\left\{c_{n}\right\}$ 的公比为 $\frac{1}{3}$,写出通项公式,从而可得 $a_{n}=b_{n}+c_{n}=20 n-19+3^{5-n}$.

通过计算 $a_{1}=a_{5}=82, a_{2}=48, a_{6}=\frac{304}{3}, a_{2} \neq a_{6}$,即知 $\left\{a_{n}\right\}$ 不具有性质 P.
(3)从充分性、必要性两方面加以证明,其中必要性用反证法证明.
试题解析:(1)因为 $a_{5}=a_{2}$,所以 $a_{6}=a_{3}, a_{7}=a_{4}=3, a_{8}=a_{5}=2$.
于是 $a_{6}+a_{7}+a_{8}=a_{3}+3+2$,又因为 $a_{6}+a_{7}+a_{8}=21$,解得 $a_{3}=16$.
②$\left\{b_{n}\right\}$ 的公差为 $20,\left\{c_{n}\right\}$ 的公比为 $\frac{1}{3}$,
所以 $b_{n}=1+20(n-1)=20 n-19, c_{n}=81 \cdot\left(\frac{1}{3}\right)^{n-1}=3^{5-n}$.
$a_{n}=b_{n}+c_{n}=20 n-19+3^{5-n}$.
$a_{1}=a_{5}=82$,但 $a_{2}=48, a_{6}=\frac{304}{3}, a_{2} \neq a_{6}$,
所以 $\left\{a_{n}\right\}$ 不具有性质 P。
[证](3)充分性:
当 $\left\{b_{n}\right\}$ 为常数列时,$a_{n+1}=b_{1}+\sin a_{n}$.
对任意给定的 $a_{1}$,只要 $a_{p}=a_{q}$,则由 $b_{1}+\sin a_{p}=b_{1}+\sin a_{q}$,必有 $a_{p+1}=a_{q+1}$.
充分性得证.
必要性:
用反证法证明.假设 $\left\{b_{n}\right\}$ 不是常数列,则存在 $k \in \mathrm{~N}^{*}$,
使得 $b_{1}=b_{2}=\cdots=b_{k}=b$,而 $b_{k+1} \neq b$.
下面证明存在满足 $a_{n+1}=b_{n}+\sin a_{n}$ 的 $\left\{a_{n}\right\}$,使得 $a_{1}=a_{2}=\cdots=a_{k+1}$,但 $a_{k+2} \neq a_{k+1}$.
设 $f(x)=x-\sin x-b$,取 $m \in \mathrm{~N}^{*}$,使得 $m \pi>|b|$,则

$f(m \pi)=m \pi-b>0, f(-m \pi)=-m \pi-b<0$,故存在 $c$ 使得 $f(c)=0$.
取 $a_{1}=c$,因为 $a_{n+1}=b+\sin a_{n}(1 \leq n \leq k)$,所以 $a_{2}=b+\sin c=c=a_{1}$,
依此类推,得 $a_{1}=a_{2}=\cdots=a_{k+1}=c$.
但 $a_{k+2}=b_{k+1}+\sin a_{k+1}=b_{k+1}+\sin c \neq b+\sin c$,即 $a_{k+2} \neq a_{k+1}$.
所以 $\left\{a_{n}\right\}$ 不具有性质 P,矛盾.
必要性得证.
综上,"对任意 $a_{1},\left\{a_{n}\right\}$ 都具有性质 P "的充要条件为"$\left\{b_{n}\right\}$ 是常数列"。
考点:1.等差数列、等比数列的通项公式;2.充要条件的证明;3.反证法.

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