本题导读
本题考查等比数列前 项和与无穷各项和(即所有项的和)的大小关系。理解“各项和”的存在性是解决本题的突破口,重点考查对无穷递缩等比数列极限概念的理解与开放性题目的求解。
📌【题干】
Question
(2003年上海卷(理)) 若首项为 ,公比为 的等比数列 的前 项和总小于这个数列的各项和,则首项 ,公比 的一组取值可以是 ________.
🔍【思路分析】
破题导航
- 理解“各项和”: 只有当公比满足 时,无穷等比数列的各项和(所有项之和)才存在,其极限形式为 。
- 构建不等式: 题目要求“前 项和总小于各项和”,说明对于任意的 ,均有 恒成立。
- 分析符号结构: 由于 ,故分母 恒成立。因此要使上式对任意 恒大于 0,分子 必须恒大于 0。
- 确定取值范围并构造特值: * 若 ,则要求 恒成立,由于 可奇可偶,必须有 ;
- 若 ,则要求 恒成立,这在 为偶数时无法满足。 综合可知,只需满足 且 即可。据此构造一组符合条件的具体数值。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
因为该等比数列存在“各项和”(即所有项的和 ), 所以公比 必须满足 。 此时,该数列的各项和为: 其前 项和为: 根据题意,对任意 ,“前 项和总小于这个数列的各项和”即 恒成立, 因为 ,所以 恒成立。 要使 对任意 恒成立: 若 ,则当 为奇数时 ,此时必须 ;但当 为偶数时 ,导致 矛盾。 若 ,则对任意 均有 ,此时只需 即可。 综上所述,首项与公比只需满足: 且 。
由此可以构造一组特值,如:。
故答案为 (答案不唯一,只要满足 且 的任意实数对均正确)。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:无穷递缩等比数列的各项和公式 (条件是 );恒成立问题的代数转化。
- 核心方法:公式差值法与特值构造法。通过计算 的通用表达式,再根据因式符号对变量范围进行约束,最后“任取一解”作为答案。
- 避坑指南:
- 误解“各项和”:误将各项和理解为常规的 ,导致无法下手。
- 忽略 的任意性:在判断 时,容易忽略 可以取奇数和偶数,从而盲目认为 可以为负数。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题考查高等数学中“无穷级数收敛性”在高中阶段的渗透(旧教材中的无穷递缩等比数列章节),是一道结论开放的创新填空题。
- 结论推广: 若条件改为“前 项和总大于这个数列的各项和”(即 恒成立),则要求 恒成立。同理可推导其充要条件为: 且 。
🔗【关联脉络】
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