(本题满分 16 分)本题共有 3 个小题.第 1 小题满…——2015 高考数学第 22 题答案解析

2015_上海卷 (2015·理)

2015 上海 第 22 题 解答题 区分题
2015_上海卷 (2015·理)

22、(本题满分 16 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 6分。

已知数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 与 $\left\{b_{n}\right\}$ 满足 $a_{n+1}-a_{n}=2\left(b_{n+1}-b_{n}\right), n \in \mathrm{~N}^{*}$.
(1)若 $b_{n}=3 n+5$,且 $a_{1}=1$,求数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的通项公式;
②设 $\left\{a_{n}\right\}$ 的第 $n_{0}$ 项是最大项,即 $a_{n_{0}}>a_{n}\left(n \in \mathrm{~N}^{*}\right)$,求证:数列 $\left\{b_{n}\right\}$ 的第 $n_{0}$ 项是最大项;
(3)设 $a_{1}=\lambda<0, b_{n}=\lambda^{n}\left(n \in \mathrm{~N}^{*}\right)$,求 $\lambda$ 的取值范围,使得 $\left\{a_{n}\right\}$ 有最大值 M 与最小值 $m$,且 $\frac{\mathrm{M}}{m} \in(-2,2)$.

参考答案(1) $a_{n}=6 n-5$; (2) 详见解析; (3) $\left(-\frac{1}{2}, 0\right)$

完整解析 · 逐步详解

【答案】(1)$a_{n}=6 n-5$(2)详见解析③$\left(-\frac{1}{2}, 0\right)$
【解析】解:(1)由 $b_{n+1}-b_{n}=3$,得 $a_{n+1}-a_{n}=6$,
所以 $\left\{a_{n}\right\}$ 是首项为 1,公差为 6 的等差数列,
故 $\left\{a_{n}\right\}$ 的通项公式为 $a_{n}=6 n-5, n \in \mathrm{~N}^{*}$.

证明:②由 $a_{n+1}-a_{n}=2\left(b_{n+1}-b_{n}\right)$,得 $a_{n+1}-2 b_{n+1}=a_{n}-2 b_{n}$.
所以 $\left\{a_{n}-2 b_{n}\right\}$ 为常数列,$a_{n}-2 b_{n}=a_{1}-2 b_{1}$,即 $a_{n}=2 b_{n}+a_{1}-2 b_{1}$.
因为 $a_{n_{0}} \geq a_{n}, n \in \mathrm{~N}^{*}$,所以 $2 b_{n_{0}}+a_{1}-2 b_{1} \geq 2 b_{n}+a_{1}-2 b_{1}$,即 $b_{n_{0}} \geq b_{n}$.
故 $\left\{b_{n}\right\}$ 的第 $n_{0}$ 项是最大项.
解:(3)因为 $b_{n}=\lambda^{n}$,所以 $a_{n+1}-a_{n}=2\left(\lambda^{n+1}-\lambda^{n}\right)$,
当 $n \geq 2$ 时,$a_{n}=\left(a_{n}-a_{n-1}\right)+\left(a_{n-1}-a_{n-2}\right)+\cdots+\left(a_{2}-a_{1}\right)+a_{1}$

$$ \begin{aligned} & =2\left(\lambda^{n}-\lambda^{n-1}\right)+2\left(\lambda^{n-1}-\lambda^{n-2}\right)+\cdots+2\left(\lambda^{2}-\lambda\right)+\lambda \\ & =2 \lambda^{n}-\lambda \end{aligned} $$

当 $n=1$ 时,$a_{1}=\lambda$,符合上式.

所以 $a_{n}=2 \lambda^{n}-\lambda$.
因为 $\lambda>0$,所以 $a_{2 n}=2|\lambda|^{2 n}-\lambda>-\lambda, a_{2 n-1}=2|\lambda|^{2 n-1}-\lambda<-\lambda$.
①当 $\lambda<-1$ 时,由指数函数的单调性知,$\left\{a_{n}\right\}$ 不存在最大、最小值;

②当 $\lambda=-1$ 时,$\left\{a_{n}\right\}$ 的最大值为 3,最小值为 -1,而 $\frac{3}{-1} \notin(-2,2)$;
(3)当 $-1<\lambda<0$ 时,由指数函数的单调性知,$\left\{a_{n}\right\}$ 的最大值 $\mathrm{M}=a_{2}=2 \lambda^{2}-\lambda$,最小值 $m=a_{1}=\lambda$,由 $-2<\frac{2 \lambda^{2}-\lambda}{\lambda}<2$ 及 $-1<\lambda<0$,得 $-\frac{1}{2}<\lambda<0$.

综上,$\lambda$ 的取值范围是 $\left(-\frac{1}{2}, 0\right)$.
【考点定位】等差数列,数列单调性

✅ 来源:2015年 · 上海 · 2015_上海卷 (2015·理) · 第 22 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

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