本题导读

本题是一道抽象函数压轴题。核心意图在于测试学生利用“特殊值赋值法”探究抽象函数的基本性质(特殊值、奇偶性),并通过代数变形导出数列的通项公式,最后应用等比数列求和解决数列求和问题。

📌【题干】

Question

(2002年北京卷(理)) 已知 是定义在 上的不恒为零的函数,且对于任意的 都满足:.

(1) 求 的值;

(2) 判断 的奇偶性,并证明你的结论;

(3) 若 , (),求数列 的前 项的和 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第(1)问:利用赋值法。令 可求得 ;令 结合函数不恒为零的条件可求得 。
  2. 第(2)问:要判断奇偶性,需探究 与 的关系。令 ,将问题转化为先求出 的值,再代入抽象方程。
  3. 第(3)问:
  • 步一:通过给抽象方程赋值探究 与 的数量递推关系。
  • 步二:求出 的显式通项公式。
  • 步三:观察通项的分式结构,采用裂项相消法进行求和。

✅【答案】

Success

(1) ,

(2) 奇函数,证明见解析

(3)

✍【详细解析】

Abstract

📐 (1) 求 的值

在等式 中: 令 ,代入得:

令 ,代入得:

解得:。

📐 (2) 判断 的奇偶性并证明

结论: 是奇函数。

证明如下: 在原方程中,令 ,代入得: 由第(1)问已得 ,所以:

为了判断奇偶性,令 ,代入原方程得: 将 代入上式简化: 由于对任意 恒有 ,且定义域关于原点对称, 所以 是奇函数。

📐 (3) 求数列 的前 项的和

首先通过赋值法寻找 的一般通项规律。 在原方程中,令 ,代入得: 将 代入上式:

继续探索,在原方程中令 ,代入得: 此路径不够直观,改用更高效的通用赋值法: 令 ,有 。 令 ,代入原方程: 两边同除以 (即同乘以 )或改用累加法: 由 可推广至: 通过数学归纳法易证:。 将 代入此推广公式中: 已算出 ,代入得:

将求得的 代入数列 的表达式中:

由此可知,数列 是首项为 ,公比为 的等比数列。 根据等比数列求和公式,前 项和 为:

答案: (1) ; (2) 是奇函数(证明见解析); (3) 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:抽象函数赋值法;奇偶性代数证明;抽象函数向积导数关系的归纳拓展;等比数列求和。
  2. 核心方法:特殊值代入法、数学归纳推广法。
  3. 避坑指南:
  • 推广公式漏掉系数 :从 推广到多项乘积 时,必须严格遵循莱布尼茨法则形式的归纳,即 。若想当然地认为 (混淆为对数性质函数),会导致通项计算出现根本性错误。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题考查抽象函数 的性质探究,通过赋值法确定函数值并求解数列求和。
  2. 结论推广: 本题第(3)问由 结合 ,可归纳得 ,进而由 求得 ,再求和即得 。

🔗【关联脉络】

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