(14分)(2011•浙江)已知公差不为 0 的等差数列…——2011 高考数学第 19 题答案解析

2011_浙江卷 (2011·文)

2011 浙江 第 19 题 解答题 区分题
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19.(14分)(2011•浙江)已知公差不为 0 的等差数列 $\left\{\mathrm{a}_{\mathrm{n}}\right\}$ 的首项 $\mathrm{a}_{1}\left(\mathrm{a}_{1} \in \mathrm{R}\right)$ ,且 $\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}, \frac{1}{\mathrm{a}_{2}}$ ,$\frac{1}{\mathrm{a}_{4}}$ 成等比数列.
(I)求数列 $\left\{\mathrm{a}_{\mathrm{n}}\right\}$ 的通项公式;
(II)对 $n \in N^{*}$ ,试比较 $\frac{1}{a_{2}}+\frac{1}{a_{2^{2}}}+\frac{1}{a_{2^{3}}}+\cdots+\frac{1}{a_{2^{n}}}$ 与 $\frac{1}{a_{1}}$ 的大小。

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【考点】数列与不等式的综合;数列的求和;等比数列的性质.
【专题】等差数列与等比数列.
【分析】(I)由 $\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}, \frac{1}{\mathrm{a}_{2}}, \frac{1}{\mathrm{a}_{4}}$ 成等比数列,利用等比数列的性质及等差数列的通项公式列出关于首项和公差的方程,根据公差 d 不为 0 ,解得公差 d 与首项相等,然后根据首项和公差写出数列的通项公式即可;
(II)设 $\mathrm{T}_{\mathrm{n}}=\frac{1}{\mathrm{a}_{2}}+\frac{1}{\mathrm{a}_{2}{ }^{2}}+\frac{1}{\mathrm{a}_{2}{ }^{3}}+\cdots+\frac{1}{\mathrm{a}_{2} \mathrm{n}}$ 与根据(I)中求得的通项公式表示出 $\mathrm{a}_{2^{\mathrm{n}}}$ ,然后利用等比数列的前 n 项和的公式求出 $\mathrm{T}_{\mathrm{n}}$ ,即可比较出两者的大小关系。
【解答】解:(I)设等差数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的公差为 $d$ ,由题意可知 $\left(\frac{1}{a_{2}}\right)^{2}=\frac{1}{a_{1}} \times \frac{1}{a_{4}}$ ,

即 $\left(a_{1}+d\right)^{2}=a_{1}\left(a_{1}+3 d\right)$ ,从而 $a_{1} d=d^{2}$ ,
因为 $d \neq 0$ ,所以 $d=a_{1}$ ,
故 $\mathrm{a}_{\mathrm{n}}=\mathrm{nd}=\mathrm{na}_{1}$ ;
(II)记 $T_{n}=\frac{1}{a_{2}}+\frac{1}{a_{2}^{2}}+\ldots+\frac{1}{a_{2}^{n}}$ ,由 $a_{n}=n a_{1}$ ,得 $a_{2^{n}}=2^{n} a_{1}$ ,
则 $\mathrm{T}_{\mathrm{n}}=\frac{1}{\mathrm{a}_{2}}+\frac{1}{\mathrm{a}_{2}^{2}}+\ldots+\frac{1}{\mathrm{a}_{2}{ }^{\mathrm{n}}}=\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}\left(\frac{1}{2}+\frac{1}{2^{2}}+\cdots+\frac{1}{2^{\mathrm{n}}}\right)$
$=\frac{1}{a_{1}}\left(1-\frac{1}{2^{n}}\right)$ ,
$\therefore \mathrm{T}_{\mathrm{n}}-\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}=\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}\left(1-\frac{1}{2^{\mathrm{n}}}\right)-\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}=\frac{1}{\mathrm{a}_{1}}\left(-\frac{1}{2^{\mathrm{n}}}\right)$ ,
从而,当 $a_{1}>0$ 时,$T_{n}<\frac{1}{a_{1}}$ ;当 $a_{1}<0$ 时,$T_{n}>\frac{1}{a_{1}}$ .
【点评】此题考查学生掌握等比数列的性质,利用运用等比数列的通项公式及前 n 项和的公式化简求值,是一道中档题.

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✅ 来源:2011年 · 浙江 · 2011_浙江卷 (2011·文) · 第 19 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

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