本题导读

本题考查等差数列的定义与等差中项。核心在于方程建模法、裂项恒等变形法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2001年豫粤卷) 已知等差数列前三项为 ,前 项的和为 ,.

(1) 求 及 的值;

(2) 求 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第(1)问思路:
  • 利用等差中项性质 建立关于 的一元一次方程,解出 的值。
  • 确定数列的首项 和公差 ,进而写出前 项和 的代数表达式。
  • 将 代入 公式中,建立关于 的一元二次方程,求解出正整数 的值。
  1. 第(2)问思路:
  • 将 的表达式代入目标分式中,变形为关于 的二次分式 形式。
  • 采用裂项相消法将其拆分为 ,对前 项进行求和化简。
  • 对化简后的整体和式取 的极限,求得最终收敛值。

✅【答案】

Success

(1) ,

(2) 极限值为

✍【详细解析】

Abstract

(1)求 及 的值

利用等差中项求 因为数列的前三项 构成等差数列,根据等差中项定理:

确定数列的基本元及 表达式 由此可得该等差数列的前三项分别为 。

  • 首项
  • 公差

根据等差数列前 项和公式:

利用 求解 已知 ,代入 公式中建立方程: 利用十字相乘法进行因式分解: 解得: 因为项数 必须为正整数( ),故舍去负根。 综上可得:

(2)求和式的极限值

对通项进行裂项恒等变形 由第(1)问可知, 。则其倒数通项为: 应用裂项相消公式 ,将各分项展开:

对前 项和进行累加消元 令前 项的倒数和为 ,将其级联相加: 观察可知,中间的对应正负项彼此完全抵消,仅剩首尾两项:

求 时的极限 对前 项和的代数式取无穷远处的极限: 当 时,分式项 ,故:

(1) (2) 极限值为

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:等差基本元代数方程组联立; 倒数级数的裂项相消不变量机制;数列极限的基础极限性质。
  2. 核心方法:裂项相消法、方程分析法。
  3. 避坑指南:
  • 项数取值检验遗漏陷阱:在解一元二次方程得 或 时,必须显式写出对项数正整数限界条件的审查,将不符合物理意义的负根严格剔除。
  • 极限号提前丢弃陷阱:在进行第(2)问规范大题书写时,在求和号 未化简完毕前,等式左端必须保留 算子,切勿提前丢弃导致步骤不严谨扣分。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题属于综合代数板块标准的等差数列压轴解答题,取材于初等数论中关于**“级数求和与收敛性”**这一高等数学概念的基础化退化变形(属于高中教学向大学微积分级数部分衔接的枢纽题)。
  2. 结论推广:

更一般地,对于任意首项为 、公差为 的标准等差数列,其前 项和必表现为 。对其倒数级数求无穷项全空间和(即级数求和),恒满足如下闭式解: 代入本题参数 :

🔗【关联脉络】

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