本题导读
本题考查等比数列的前 项和公式。核心在于方程建模法、试值代入法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2001年大纲卷(理)) 从社会效益和经济效益出发,某地投入资金进行生态环境建设,并以此发展旅游产业.根据规划,本年度投入 800 万元,以后每年投入将比上年减少 .本年度当地旅游业收入估计为 400 万元,由于该项建设对旅游业的促进作用,预计今后的旅游业收入每年会比上年增加 .
(1) 设 年内(本年度为第一年)总投入为 万元,旅游业总收入为 万元.写出 的表达式;
(2) 至少经过几年旅游业的总收入才能超过总投入?
🔍【思路分析】
破题导航
- 第(1)问思路:
- 总投入 :每年的投入构成等比数列,首项 ,每年比上年减少 说明公比 。 即为此等比数列的前 项和。
- 总收入 :每年的收入构成等比数列,首项 ,每年比上年增加 说明公比 。 即为此等比数列的前 项和。 直接套用等比数列前 项和公式 化简。
- 第(2)问思路:根据题意列出不等式 。代入(1)中的表达式,通过移项、合并同类项进行代数变形,将不等式化简为关于 的单一指数不等式,最后通过估算或试值法求出最小正整数 。
✅【答案】
Success
(1) ,
(2) 至少经过 5 年
✍【详细解析】
Abstract
(1)写出 的表达式
求解总投入 : 由题意,每年的投入资金构成等比数列,记为 。 首项 ,公比 。 为该数列的前 项和,应用等比数列求和公式:
求解总收入 : 由题意,每年的旅游收入构成等比数列,记为 。 首项 ,公比 。 为该数列的前 项和,应用等比数列求和公式:
综上可得:
(2)求总收入超过总投入的至少总年数
根据题意,需满足不等式: 代入(1)中求得的表达式: 两边同时除以 以简化常数系数: 展开不等式: 移项合并数项:
注意到 与 互为倒数,令 (因为 ,所以 ),上式变形为: 因为 ,两边同乘以 : 因式分解此一元二次不等式: 解得 或 。 因为 ,所以取:
通过对 进行正整数试值:
- 当 时,
- 当 时,
综上所述,当 时不等式恒成立。 即至少经过 5 年,旅游业的总收入才能超过总投入.
5 年
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:应用题等比公比转化模型(增加 ,减少 );换元法处理倒数型指数不等式。
- 核心方法:等比数列建模法、换元法。
- 避坑指南:
- 公比判定文字陷阱:极易将“比上年减少 ”直接记作公比 。必须分清“减少到”与“减少了”的代数区别。
- 计算冗余陷阱:在第(2)问中,如果不做换元直接强行保留 和 ,会导致多项式无法合并。看到互为倒数的指数项,首选换元法化为一元二次不等式求解。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题属于典型的产值与环保投资复合的初等数学生态数学模型大题,取材于高中代数教材“等比数列应用题”章节关于投入产出比(ROI)分析的课后综合大题。
- 结论推广: 本题所体现的倒数指数复合模型可抽象推广为通用的**“经济非对称均衡收敛不等式”**: 在金融精算学中,当投资按负几何级数衰减,而增值按正几何级数扩张时,系统扭亏为盈的临界周期 由资本回收方程 的正实根唯一决定。此模型是现代项目资本风险评估与盈亏平衡点(Break-Even Point)计算的初等数学精算基石。
🔗【关联脉络】
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