本题导读
本题考查等差数列、对数求和、导数计算及数列极限的综合应用。第一问由递推式确立等差数列,通过求和及对数化简得到 ;第二问将 代入函数,求导后利用级数展开求出 的封闭形式,最后计算分式极限。
📌【题干】
Question
(2006年四川卷(理)) 已知数列 ,其中 (). 记数列 的前 项和为 ,数列 的前 项和为 .
(1) 求 ;
(2) 设 (), (其中 为 的导函数),计算 .
🔍【思路分析】
破题导航
第一问:由 可知 为等差数列。利用首项和公差求出通项 及前 项和 。将 代入 后,借助对数的性质进行级数求和得到 的化简式。 第二问:将 的表达式代入 转换为阶乘乘积。对 运用幂函数求导法则求出 。将其代入 的求和式中,观察各项结构并约简,写出 的解析式。最后将 与 联立,根据 的不同取值范围分类讨论其收敛性,并求出其极限值。
✅【答案】
Success
该极限值的计算结果为:
✍【详细解析】
Abstract
解:(1) 因为 (),所以数列 是等差数列。 其公差为: 故通项公式为: 其前 项和 为:
由此可得: 根据定义, 数列 的前 项和 为: 根据对数的加法运算法则:
(2) 由 (1) 可知 ,代入目标函数中的指数项可得: 将此结果代入 的解析式中化简:
对 关于 求导数: 根据题意, 是 的前 项累加和:
由于 ,此和式是一个首项为 ,公比为 的等比数列。 分以下两种情况讨论其封闭形式:
- 情况一:当 时 利用等比数列求和公式: 同理可得: 计算两者的比值极限: 根据 的范围进一步分流:
当 时, , 故:
当 时, 分子分母同除以最高次项 :
- 情况二:当 时 此时各项均为 1: 计算比值极限: 注意,当 时, 。其形式与 的结果 1 在代数式上可以合并。
综上所述,该极限值的计算结果为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:等差数列前 项和的二次方特征、对数性质在阶乘化简中的应用、等比数列求和公式的分情况讨论、无穷递增幂次的极限判定。
- 核心方法:分类讨论法、分式极限消元法。
- 避坑指南:
- 第二问求出 后,进行等比数列求和时务必注意公比是 。必须严格对 与 区分讨论,且对 中的 和 进行二级分流,防止遗漏极限收敛的方向。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 本题是考查数列、导数与解析极限综合跨界的高端解答压轴题。 结论推广: 针对任何形如 结构的幂级数局部和,当自变量大小跨越 1 的临界阈值时, 其前后相邻项的趋近比值必然呈现由 1 向 跳变的阶跃特征。
🔗【关联脉络】
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