(13分)(2016•天津)已知 a _ n 是各项均为正…——2016 高考数学第 18 题答案解析

2016_天津卷 (2016·理)

2016 天津 第 18 题 解答题 区分题
2016_天津卷 (2016·理)

18.(13分)(2016•天津)已知 $\left\{\mathrm{a}_{\mathrm{n}}\right\}$ 是各项均为正数的等差数列,公差为 d ,对任意的 $\mathrm{n} \in N^{+}, b_{n}$ 是 $a_{n}$ 和 $a_{n+1}$ 的等比中项。

(1)设 $\mathrm{c}_{\mathrm{n}}=\mathrm{b}{ }_{\mathrm{n}+1}^{2}-\mathrm{b} \frac{2}{\mathrm{n}}, \mathrm{n} \in \mathrm{N}^{+}$,求证:数列 $\left\{\mathrm{c}_{\mathrm{n}}\right\}$ 是等差数列;
(2)设 $\mathrm{a}_{1}=\mathrm{d}, \mathrm{T}_{\mathrm{n}}=\sum_{\mathrm{k}=1}^{2 \mathrm{n}}(-1){ }^{\mathrm{k}} \mathrm{b}_{\mathrm{k}}^{2}, n \in \mathrm{~N}^{*}$ ,求证:$\sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}} \frac{1}{\mathrm{~T}_{\mathrm{k}}}<\frac{1}{2 \mathrm{~d}^{2}}$ .

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【解答】
(13分)(2016•天津)已知 $\left\{a_{n}\right\}$ 是各项均为正数的等差数列,公差为 $d$ ,对任意的 $n \in N^{+}, b_{n}$ 是 $a_{n}$ 和 $a_{n+1}$ 的等比中项。
(1)设 $\mathrm{c}_{\mathrm{n}}=\mathrm{b}{ }_{\mathrm{n}+1}^{2}-\mathrm{b} \frac{2}{\mathrm{n}}, \mathrm{n} \in \mathrm{N}^{+}$,求证:数列 $\left\{\mathrm{c}_{\mathrm{n}}\right\}$ 是等差数列;
(2)设 $\mathrm{a}_{1}=\mathrm{d}, \mathrm{T}_{\mathrm{n}}=\sum_{\mathrm{k}=1}^{2 \mathrm{n}}(-1)^{\mathrm{k}} \mathrm{b}_{\mathrm{k}}^{2}, \mathrm{n} \in \mathrm{N}^{*}$ ,求证:$\sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}} \frac{1}{\mathrm{~T}_{\mathrm{k}}}<\frac{1}{2 \mathrm{~d}^{2}}$ .
【分析】(1)根据等差数列和等比数列的性质,建立方程关系,根据条件求出数列 $\left\{\mathrm{c}_{\mathrm{n}}\right\}$ 的通项公式,结合等差数列的定义进行证明即可。
(2)求出 $\mathrm{T}_{\mathrm{n}}=\sum_{\mathrm{k}=1}^{2 \mathrm{n}}(-1){ }^{\mathrm{k}} \mathrm{b}_{\mathrm{k}}{ }^{2}$ 的表达式,利用裂项法进行求解,结合放缩法进行不等式的证明即可。
【解答】证明:(1)$\because\left\{a_{n}\right\}$ 是各项均为正数的等差数列,公差为 $d$ ,对任意的 $n \in N^{+}, b_{n}$ 是 $a { }_{n}$ 和 $a_{n+1}$ 的等比中项。
$\therefore \mathrm{c}_{\mathrm{n}}=\mathrm{b}{ }_{\mathrm{n}+1}^{2}-\mathrm{b}{ }_{\mathrm{n}}^{2}=\mathrm{a}_{\mathrm{n}+1} \mathrm{a}_{\mathrm{n}+2}-\mathrm{a}_{\mathrm{n}} \mathrm{a}_{\mathrm{n}+1}=2 \mathrm{da}_{\mathrm{n}+1}$,

$\therefore c_{n+1}-c_{n}=2 d\left(a_{n+2}-a_{n+1}\right)=2 d^{2}$ 为定值;
∴ 数列 $\left\{\mathrm{c}_{\mathrm{n}}\right\}$ 是等差数列;
② $\mathrm{T}_{\mathrm{n}}=\sum_{\mathrm{k}=1}^{2 \mathrm{n}}(-1){ }^{\mathrm{k}} \mathrm{b}_{\mathrm{k}}{ }^{2}=\left(-\mathrm{b}_{1}{ }^{2}+\mathrm{b}_{2}{ }^{2}\right)+\left(-\mathrm{b}_{3}{ }^{2}+\mathrm{b}_{4}{ }^{2}\right)+\ldots+\left(-\mathrm{b}_{2 \mathrm{n}-1}{ }^{2}+\mathrm{b}_{2 \mathrm{n}}{ }^{2}\right)=2 \mathrm{~d}\left(\mathrm{a}_{2}+\mathrm{a}_{4}+\ldots\right. \left.+a_{2 n}\right)=2 d \cdot \frac{n\left(a_{2}+a_{2 n}\right)}{2}$
$=2 \mathrm{~d}^{2} \mathrm{n}(\mathrm{n}+1)$,
$\therefore \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{T_{k}}=\frac{1}{2 d^{2}} \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k(k+1)}=\frac{1}{2 d^{2}}\left(1-\frac{1}{2}+\frac{1}{2}-\frac{1}{3}+\ldots+\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1}\right)=\frac{1}{2 d^{2}}\left(1-\frac{1}{n+1}\right) <\frac{1}{2 \mathrm{~d}^{2}}$ .

即不等式 $\sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}} \frac{1}{\mathrm{~T}_{\mathrm{k}}}<\frac{1}{2 \mathrm{~d}^{2}}$ 成立。
【点评】本题主要考查递推数列的应用以及数列与不等式的综合,根据等比数列和等差数列的性质分别求出对应的通项公式以及利用裂项法进行求解是解决本题的关键。综合性较强,有一定的难度。

✅ 来源:2016年 · 天津 · 2016_天津卷 (2016·理) · 第 18 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

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