本题导读

本题考查等差中项与等比中项的定义、数列中 与 的递推关系。核心在于归纳猜想思想、差分消元法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(1994年全国卷(理)) 设 是正数组成的数列,其前 项和为 ,且对于所有的自然数 , 与 2 的等差中项等于 与 2 的等比中项.

(1) 写出数数列 的前 3 项;

(2) 求数列 的通项公式(写出推证过程);

(3) 令 (),求 .

🔍【思路分析】

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条件数学化:

  • 根据等差中项与等比中项的定义,题设条件可译为: 两边平方得: ① 第(1)问:代入 ,利用 逐步解出前三项(注意舍去负根)。 第(2)问:利用邻项作差法。由 ① 可得 ②。将 ② 与 ① 作差,利用 消除 ,再对关于 的因式进行分解,进而确立递推关系。 第(3)问:将求得的 通项代入 ,化简分式。在对 求和时,利用裂项相消法(或直接化简整体结构)消去中间项,最后令 取极限。

✅【答案】

Success

(1) ,,

(2)

(3)

✍【详细解析】

Abstract

解: 由题意, 与 2 的等差中项为 , 与 2 的等比中项为 (由于 均为正数,故 )。 由此可得基本关系式:

(1) 写出数列 的前 3 项:

  • 当 时, ,代入 ① 得:

  • 当 时, ,代入 ① 得: 解得 ,因为 ,所以 。

  • 当 时, ,代入 ① 得: 解得 ,因为 ,所以 。

故该数列的前 3 项为: 。

(2) 求数列 的通项公式: 由 ① 式,对于所有 ,恒有 。 则当 时,对其下一项同样适用:

将 ② 式减去 ① 式,利用 ,可得:

展开并整理上式:

利用因式分解(分组分解法):

因为 是正数组成的数列,所以 。 因此,两边可以同时除以 ,得:

由此可知,数列 是一个以 为首项, 为公差的等差数列。 其通项公式为:

(3) 求极限值: 将 代入 的表达式中: 通分化简:

为了便于求和,将 拆分项改写(分离常数): 由此,每一项减去 可写为:

利用裂项相消法公式 :

因此,目标求和式可变换为:

中间项全部首尾相消,剩下第一项和最后一项:

求当 时的极限:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:

  • 含有 与 的混合递推式,标准处理手段是通过 与 邻项作差法化简为纯两项递推式。
  • 分式型数列求和极限,核心方法是运用裂项相消法 实现级数的有穷化简。 核心方法:构造法与整体合并。在第(2)问中,因式分解出 并利用其大于 的物理限制进行约简,是破题的关键。 避坑指南:
  • 第(1)问中解二次方程易漏掉条件 为正数数列,从而保留了负根。
  • 第(3)问在合并 后,如果不进行“分离常数”把整体减去 拆分到每一项的 中,容易导致求和式极其庞大,进而无法发现裂项规律。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:本题考查了由前 项和解析式反推通项公式。其本质来源于对二次型和式 规律的深层次抽象与变换,是一道集逻辑严谨性、恒等变形力、极限思维于一体的巅峰压轴题。 结论推广:若一正数数列满足 ,利用相同的邻项作差因式分解法,由于 ,均能严格退化推导至: 由此可得,该模型所表征的本质上一定是以 、公差 的等差数列。本题即为 时对应的特例。

🔗【关联脉络】

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