本题导读

本题考查中点坐标公式。核心在于递推代数化简法、特征变换法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2004年浙江卷(理)) 如图, 的三个顶点坐标分别为 、 、 ,设 为线段 的中点, 为线段 的中点, 为线段 的中点,对于每一个正整数 , 为线段 的中点,令 的坐标为 , .

(1) 求 及 ;

(2) 证明 ;

(3) 若记 ,证明 是等比数列.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第一问:根据中点坐标公式先求出初始几个点 的纵坐标 。代入 的定义式算出 。再利用递推式 证明 ,从而归纳出 为常数数列。
  2. 第二问:利用核心递推关系 连续消元,或者借助第一问中 的结论,写出相邻项的关系,通过标号平移构造消除中间项 ,从而直接导出 与 的关系。
  3. 第三问:由第二问关系式,写出 。利用第二问结论平移变换,推导 与 的齐次比例关系,结合首项非零证明等比。

✅【答案】

Success

(1) 证明见解析

(2) 证明见解析

(3) 证明见解析

✍【详细解析】

Abstract

解: 由题意, 。 利用中点坐标公式,依次算出前五个点的纵坐标 :

  • 是 的中点 ;
  • 是 的中点 ;
  • 是 的中点 ;
  • 是 的中点 ;
  • 是 的中点 。

对于任意 ,由于 为线段 的中点,其纵坐标满足核心递推式:


(1) 求 及

将算出的 至 依次代入 的定义式中:

  • ;
  • ;
  • 。

下面考查数列 的相邻项差值: 因为 ,所以: 这说明数列 是一个恒定的常数数列。 因为 ,所以对任意 ,均有:


(2) 证明:

由第 (1) 问结论可知,对任意 均有 。 将其标号整体向后平移两项,可得: 同时,将核心中点递推式 两边乘以 2:

将 代入 的式子中消去 : 两边同时除以 2,得:

观察平移后的等式 ,可以将左边的前两项整体替换: 移项隔离出 : 审定得证。


(3) 证明:数列 是等比数列

根据定义 。我们写出下一项 的表达式:

利用第 (2) 问证得的四阶迭代结论 ,分别对 和 进行降阶变换:

  • 对于 ,令
  • 对于 ,令

将这两个变换结果代入 中: 根据 的定义,上式即为:

下面计算首项 以验证非零条件: 由第 (2) 问结论: 。已知 ,代入得 。

因为对任意 满足 ,且首项 。 根据等比数列的判定定理,数列 是以 为首项, 为公比的等比数列。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:多阶邻项差分构造常数项(恒等性质原理)、高维齐次递推式的平移消元、等比数列的归纳判定。
  2. 核心方法:恒等性质构造法(特征平移法)。
  3. 避坑指南:
    • 第二问消元时一定要有目的地保留目标项 和 。由于存在 的复杂关系,盲目代入会导致标号大面积错乱,通过构造第一问的常数数列 作为过渡桥梁是最不易出错的严谨路径。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 2004年浙江高考压轴题,灵感源自线性多阶差分方程(Linear difference equation)的特征根解法。
  2. 结论推广: 本题中 的特征方程为 。其包含一个实根 和一对共轭复根 。复根的模长为 ,对应的 4 次幂模长为 。这从高等数学结构上完美解释了为什么第二问、第三问中会产生步长为 4 且公比为 的超循环等比收敛特征。

🔗【关联脉络】

Multi column