已知等差数列 a _ n 的首项 a _ 1 = - 1,…——2022 高考数学第 20 题答案解析

2022_浙江卷

2022 浙江 第 20 题 解答题 区分题
2022_浙江卷

20. 已知等差数列 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的首项 $a _ { \scriptscriptstyle 1 } = - 1$ ,公差 $d > 1$ .记 $\left\{ a _ { n } \right\}$ 的前 n 项和为 $S _ { n } \left( n \in \mathbf { N } ^ { * } \right)$

(1)若 $S _ { 4 } - 2 a _ { 2 } a _ { 3 } + 6 = 0$ ,求 $S _ { n }$ ;

(2)若对于每个 $\ b { n } \in \mathbf { N } ^ { * }$ ,存在实数 $c _ { n }$ ,使 $a _ { n } + c _ { n } , a _ { n + 1 } + 4 c _ { n } , a _ { n + 2 } + 1 5 c _ { n }$ 成等比数列,求d 取值范围的

参考答案

(1) $S _ { n } = { \frac { 3 n ^ { 2 } - 5 n } { 2 } } ( n \in \mathbf { N } ^ { * } )$ >; (2) $1 < d \leq 2$

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完整解析 · 逐步详解

【答案】(1) $S _ { n } = { \frac { 3 n ^ { 2 } - 5 n } { 2 } } ( n \in \mathbf { N } ^ { * } )$

> ② $1 < d \leq 2$

【解析】

【分析】(1)利用等差数列通项公式及前n项和公式化简条件,求出 $d$ ,再求 $S _ { n }$ ;

> ②由等比数列定义列方程,结合一元二次方程有解的条件求 $d$ 的范围.

【小问1详解】

因为 $S _ { 4 } - 2 a _ { 2 } a _ { 3 } + 6 = 0 , a _ { 1 } = - 1$

所以 $- 4 + 6 d - 2 { \left( - 1 + d \right) } { \left( - 1 + 2 d \right) } + 6 = 0$

所以 $d ^ { 2 } - 3 d = 0$ ,又 $d > 1$

所以 $d = 3$

所以 $a _ { n } = 3 n - 4$

所以 $S _ { n } = { \frac { \left( a _ { 1 } + a _ { n } \right) n } { 2 } } = { \frac { 3 n ^ { 2 } - 5 n } { 2 } }$

【小问2详解】

因为 $a _ { n } + c _ { n } , a _ { n + 1 } + 4 c _ { n } , a _ { n + 2 } + 1 5 c _ { n }$ 成等比数列,

所以 $\bigl ( a _ { n + 1 } + 4 c _ { n } \bigr ) ^ { 2 } = \bigl ( a _ { n } + c _ { n } \bigr ) \bigl ( a _ { n + 2 } + 1 5 c _ { n } \bigr )$

$$ \left(n d - 1 + 4 c _ {n}\right) ^ {2} = \left(- 1 + n d - d + c _ {n}\right) \left(- 1 + n d + d + 1 5 c _ {n}\right), $$

$$ c _ {n} ^ {2} + (1 4 d - 8 n d + 8) c _ {n} + d ^ {2} = 0, $$

由已知方程 $c _ { n } ^ { 2 } + ( 1 4 d - 8 n d + 8 ) c _ { n } + d ^ { 2 } = 0$ 的判别式大于等于0,

所以 $\Delta = \left( 1 4 d - 8 n d + 8 \right) ^ { 2 } - 4 d ^ { 2 } \geq 0$

所以 $\big ( 1 6 d - 8 n d + 8 \big ) \big ( 1 2 d - 8 n d + 8 \big ) \geq 0$ 对于任意的 $\ b { n } \in \mathbf { N } ^ { * }$ 恒成立,

所以 $[ ( n - 2 ) d - 1 ] [ ( 2 n - 3 ) d - 2 ] \geq 0$ 对于任意的 $\ b { n } \in \mathbf { N } ^ { * }$ 恒成立,

当n =1时, $\left[ \left( n - 2 \right) d - 1 \right] \left[ \left( 2 n - 3 \right) d - 2 \right] = \left( d + 1 \right) \left( d + 2 \right) \geq 0$

当n = 2时,由 $\big ( 2 d - 2 d - 1 \big ) \big ( 4 d - 3 d - 2 \big ) \geq 0$ ,可得 $d \leq 2$

当 $n \geq 3$ 时, $\Big [ \big ( n - 2 \big ) d - 1 \Big ] \Big [ \big ( 2 n - 3 \big ) d - 2 \Big ] > ( n - 3 ) ( 2 n - 5 ) \geq 0$

又 $d > 1$

所以 $1 < d \leq 2$

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