本题导读

本题考查等差数列的通项公式与前 项和公式、等差数列的性质(对称性与中项性质)。核心在于基本量法(用 和 表示)、性质法(利用 的中项性质快速判定符号)的灵活运用。

📌【题干】

Question

(1992年全国卷(理)) 设等差数列 的前 项和为 .已知 ,,.

(1) 求公差 的取值范围;

(2) 指出 中哪一个值最大,并说明理由.

🔍【思路分析】

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第(1)问思路:

  1. 统一基本量:将已知量全部用首项 和公差 表示。由 。
  2. 列出不等式组:利用等差数列求和公式 ,分别写出 和 关于 的代数式,并将 代入。
  3. 求解范围:联立 和 得到关于 的一元一次不等式组,求解交集。

第(2)问思路:

  1. 通项符号判定法:等差数列前 项和取最大值的充要条件是:当且仅当所有正数项全部加完,且尚未加上负数项。即若 且 ,则 最大。
  2. 求出关键项取值:将第(1)问中求得的 的范围代入到通项公式中,去逐一评估 等中项的符号,找出变号位置。

✅【答案】

Success

(1)

(2) 的值最大

✍【详细解析】

Abstract

(1) 求公差 的取值范围

解: 设等差数列 的首项为 ,公差为 。 由已知 ,得: a_1 + 2d = 12 \implies a_1 = 12 - 2d \tag{1}

根据等差数列前 项和公式 ,写出 和 的表达式:

将 (1) 式 代入上述两个要求中:

  1. 由 得:

  2. 由 得:

联立以上两个范围,得到公差 的取值范围为:

(2) 指出 中哪一个值最大,并说明理由

解: 结论: 的值最大。

理由如下(方法一:邻项变号法): 由第(1)问可知,公差 ,说明该等差数列是一个单调递减数列。 前 项和 的增减性由通项 的正负号决定(因为 )。当 时, 递增;当 时, 递减。

我们用 的代数式来表示通项 和 :

根据第(1)问求出的范围 :

  1. 评估 的符号: 因为 ,所以: 即 。

  2. 评估 的符号: 因为 ,所以: 即 。

因为 且 ,且数列单调递减,说明: 该数列从第 1 项到第 6 项均为正数(),从第 7 项开始往后全部变为负数()。

因此,前 项和在把所有正数项加完时达到最大值,即当 时, 最大。

理由如下(方法二:中项性质巧解法,更简洁推荐): 根据等差数列的前 项和中项性质:

  • S_{12} = \frac{12(a_1 + a_{12})}{2} = 6(a_6 + a_7) > 0 \implies a_6 + a_7 > 0 \tag{2}
  • S_{13} = \frac{13(a_1 + a_{13})}{2} = 13a_7 < 0 \implies a_7 < 0 \tag{3}

由 (3) 知 为负数,将其代入 (2) 式 ,为了使相加大于 0, 必须为正数且其绝对值大于 。 即: 由于公差 ,数列递减。 由此可断定数列前 6 项均为正,第 7 项开始为负。故 中 的值最大。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:等差数列通项与求和的基本量运算,前 项和最值与通项正负号的内在关联。
  2. 核心方法:
    • 邻项变号法:寻找使得 的临界项 。
    • 对称中项法):奇数项和 ,偶数项和 。利用这两个公式性质可以完全绕开第(1)问的公差范围,直接口算出 和 。
  3. 避坑指南:第(1)问中化简分数时要注意不等号方向。例如 。计算务必精准,若边界值算错会直接连带导致第(2)问定号失败。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题属于等差数列最值板块的常青树题型。直接改编自旧教材中“等差数列前 项和的最值”这一经典核心例题,是历年高考考查数列代数推理能力的代表性作。
  2. 结论推广:对于任意公差 的等差数列,若已知 且 ,则由对称性质可无条件直接推出 且 。该数列的前 项和必在 处取得最大值。本题中 ,故 必然最大。

🔗【关联脉络】

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