6高中数学精品讲座:彰显函数特性渗透数学思想-2022年高考“数列”专题解题分析.pdf
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1、彰显函数特性 渗透数学思想 2022年高考“数列”专题解题分析 重庆市教育科学研究院 张xx 数列是标准(数列是标准(2017年版年版2020年修订)选择性必修课程中年修订)选择性必修课程中函数主函数主线线的内容之一的内容之一,共计共计14课时,主要内容为等差和等课时,主要内容为等差和等比;比;明确明确要求学生感受要求学生感受数数列列模型模型的现实意义与的现实意义与应用;应用;感受数列与函数的共性感受数列与函数的共性与差异,体会数学的与差异,体会数学的整体性整体性,即数列与函数、方程、不等式之间的,即数列与函数、方程、不等式之间的联系性。联系性。通过对通过对2022年全国高考卷和地方卷中数列试
2、题的特点分析和解年全国高考卷和地方卷中数列试题的特点分析和解题分析,特别是对新旧高考的数列题分析,特别是对新旧高考的数列试题试题对比对比分析分析,把握新高考对数,把握新高考对数列内容考查的目标与重点,掌握解决数列相关问题的基础知识与基列内容考查的目标与重点,掌握解决数列相关问题的基础知识与基本方法,积累分析本方法,积累分析与与解决数列问题的经验,体悟重要数学思想在解解决数列问题的经验,体悟重要数学思想在解题过程中的引领作用,强调数列作为函数主线内容的体现,提出淡题过程中的引领作用,强调数列作为函数主线内容的体现,提出淡化解题技巧、加强概念理解、重视函数与数列综合、学会数学思想化解题技巧、加强概
3、念理解、重视函数与数列综合、学会数学思想引领解题方向的复习备考建议引领解题方向的复习备考建议。目录 01 试题特点分析 02 优秀试题分析 03 复习备考建议 04 模拟试题赏析 试题特点分析 PART.01 全国甲卷和乙卷中数列试题着重考查与等差数列、等比数列有关的基础知识、基本方法和常规题型,学生容易上手,不需过多分析,见到试题即可知道解题路径,这类试题为结构良好试题。全国新高考卷和全国新高考卷,以及新高考省、市地方卷与旧高考试卷的显著区别在于结构不良试题、开放性问题、情境性问题等非常规试题的比例增大,学生初见试题无法入手,需要深入分析、综合运用所学知识设计解题路径,着重考查学生的关键能力
4、和数学核心素养。2022年新高考数学试卷中多道数列试题为非常规试题,无固定套路,学生必须深刻理解基础知识,掌握基本方法,综合运用知识方法解决问题,这既体现了高考考查要求的基础性,也体现了高考考查的综合性,同时注重对学生数列模型应用能力和创新能力的考查。1.等差(比)数列的通项、前 项和及基本量的运算 首项、公差(比)是等差(比)数列中最为关键的基本量,求等差(比)数列,即是求其首项和公差(比)。得到了等差(比)数列的首项和公差(比),就得到了等差(比)数列及其通项、前 项和等。具体到等差(比)数列的相关问题中,往往需要建立方程或方程组求解,方程或方程组中主要涉及 这5个基本量,可“知三求二”。
5、2022年高考数列试题注重考查学生对数列概念的理解和基础知识的掌握,淡化技巧、回归本质,部分问题通过基本量建立方程或方程组运算即可解决,这也是高考考查要求基础性的体现。1a,()d q,n,na,nS 例例 1 1(全国乙卷理 8)已知等比数列na的前 3 项和为 168,2542aa,则6a的值为()(A)14 (B)12 (C)6 (D)3 解:解:设等比数列na的公比为,0q q,若1q,则250aa.与题意矛盾,所以1q.由31123425111168,(142),aqaaaqaaa qa q,解得196,1.2aq 所以5613aa q.故选择选项 D.【评析】此题着重考查等比数列的
6、基础知识,利用首项、公比表示条件,建立关于首项、公比的方程组求出首项、公比,进而求得6a的值,属于常规题,学生较易解决.这类关于等比(差)数列基本量计算求解的问题在教材中较为常见,但因复习过程中较多使用等比(差)数列性质求解,可能导致学生想方设法利用性质求解而误入歧途.同时,有关等比(差)数列关于基本量的方程组求解,往往因未知数的次数较高而采用方程间相除的方式消元.此类试题在历年高考中也是常考题型,如 2018 年全国卷理科第 4 题,2019 年全国卷理科第 1 题,2019年全国卷理科第5题等.2.等差(比)数列的证明 等差(比)数列的证明是高考中的常见题型,要求学生深刻理解相关概念,回归
7、数学本质。证明一个数列是等差(比)数列的方法主要有定义法和中项法。(1)定义法:证明数列 是等差或等比数列,即证 或 为常数;(2)中项法:证明数列 是等差或等比数列,可以证明对任意的正整数 都有 或 。例例 2 2(全国甲卷理 17)记nS为数列na前n项和.已知221nnSnan.(1)证明:na是等差数列;(2)若479,aaa成等比数列,求nS的最小值.解:解:(1)因为221nnSnan,即222nnSnnan.当2n 时,21121211nnSnnan.由,得22112212211nnnnSnSnnannan,即12212211nnnannana,即1212121nnnanan.所
8、以11nnaa,2n 且*nN,所以na是以 1 为公差的等差数列.(2)由(1),可得413aa,716aa,918aa.因为4a,7a,9a成等比数列,所以2749aa a,即2111638aaa,解得112a .所以13nan.所以21125625122228nn nSnn.所以,当12n或13n 时min78nS 【评析】此题着重考查学生对等差数列概念和函数特性的理解,以及数学抽象、逻辑推理等核心素养.第(1)小题为等差数列的证明,证明等差数列一般用定义法或中项法,通过12nnnaSSn转化条件即可用定义法证得.教材重视学生对概念的理解,等差(比)数列的判定与证明在例、习题中多有体现.
9、例如,人教 A 版普通高中教科书数学选择性必修第二册(以下统称“人教 A 版教材”)第四章习题 4.2 第 7 题第(1)小题;习题 4.3第 7 题第(1)小题,第 11 题第(2)小题,第 12 题第(1)小题.往年高考试卷中类似试题有 2019 年全国卷理科第 19 题(1)小题,2021 年全国乙卷理科第 19 题第(1)小题等.第(2)小题通过三数成等比数列的关系建立方程,用基本量表示方程求解可得首项,进而求出前n和nS,nS实质是关于n的二次函数,通过配方结合n的取值可求得nS的最小值.要特别注意数列作为特殊函数的特殊性,n为整数,n不一定是最低点的横坐标.求数列的最大(小)项或前
10、n项和的最值问题在教材中不乏例、习题.例如,北师大版普通高中教科书数学选择性必修第二册(以下统称“北师大版教材”)选择性必修第二册第一章习题 12B 组第 5 题.类似高考试题有 2018 年全国卷理科第 17 题第(2)小题.3.3.等 差(比)数 列 性 质 的 应 用 对等差(比)数列性质的灵活应用是高考数列复习训练的重点,在历年高考数列试题中也不乏灵活运用性质的试题,即利用基本量运算繁杂而运用性质可以巧解的试题,这就导致高考数列复习过程中学生所记性质越来越多。综观20222022年高考数列试题,没有一道试题可以运用性质大幅度减少运算,大都是直接用基本量运算即可解决且不复杂的试题。由此可
11、以看出高考“淡化技巧、回归本质”的教学导向,但这不意味高考不考查等差(比)数列的性质,这些主要性质仍然需要深刻理解和灵活运用,只是无须强记更多的性质结论。等差数列的主要性质:(1)等差数列na中,当*(,)mnpq m n p qN时,则mnpqaaaa.特别地,当2mnp时,则有2mnpaaa.(2)等 差 数 列na中 与 首 末 两 端 等 距 离 的 两 项 之 和 均 相 等,即1211nnkn kaaaaaa.(3)从等差数列na中抽取等距离的项组成的新数列是一个等差数列,即2,kkmkmaaa成等差数列.(4)等 差 数 列na中 连 续m项 的 和 组 成 的 新 数 列 是
12、等 差 数 列,即232,mmmmmSSSSS成等差数列.等比数列的主要性质:(1)等比数列na中,若*(,)mnpq m n p qN,则mnpqa aa aqpmnaaaa.特别地,若2mnp,则2()mnpa aa.(2)等 比 数 列na中 与 首 末 两 端 等 距 离 的 两 项 的 乘 积 相 等,即121321nnnkn ka aa aa aa a.(3)等 比 数 列na中 连 续k项 的 和 组 成 的 新 数 列 是 等 比 数 列,即232,kkkkkS SS SS成等比数列(公比为1且k为偶数的情况除外).例例 3 3(全国乙卷文 13)记nS为等差数列na的前n项和
13、若32236SS,则公差d的值为 解解法法 1 1:由32236SS,得113 22 12 33 2622adad.解得2d.解解法法 2 2:由32236SS,得123122+36aaaaa,由1322aaa,得2122 336aaa.化简,得212aa,即2d.【评析】此题仍是对等差数列基础知识的考查,体现了高考考查要求的基础性.可以用基本量建立方程求解,也可以用等差中项的性质化简直接获得公差d.两种解法的运算量没有多大差别,使用性质并没有大幅减少运算,这恰好说明了高考对性质应用技巧的淡化.但是历年高考曾多次考查等差(比)数列性质的应用,且灵活小巧,部分试题运用性质求解相较直接建立基本量的
14、方程计算可减少运算量,如 2019年全国卷理科第14 题.4.4.利用 与 的关系求通项 数列的通项na与前n项和nS紧密相关,数列的前n项和本身也是数列,具有数列的一切性质,通项na与前n项和nS是数列研究的主要对象.在等差数列中,直接体现通项与前n项和之间关系的有:2121nnSna,21nnnSn aa,解题过程中常用此实现等差数列通项与前n项和之间的转化.而对于任何数列均有1(2)nnnaSSn,对非等差(比)数列而言,除此公式外,等差(比)数列的所有性质均不可用,可见此公式的重要性.但是运用1nnnaSS时一定要注意适用范围2n,同时还需要用11aS求1a,以此检验通项公式是否适用1
15、n的情形.例例 4 4(全国新高考卷17)记nS为数列na的前n项和,已知11,nnSaa是公差为13的等差数列.(1)求na的通项公式;(2)证明:121112naaa.解:解:(1)因为11a,所以111Sa.所以111Sa.因为nnSa是公差为13的等差数列,所以121133nnSnna.所以23nnnaS.所以当2n 时,1113nnnaS.所以112133nnnnnanaSS,即12133nnnnanaa.整理,得111nnnana.所以111nnanan.所以31211221(1)2nnnnnaaaan naaaaaa.显然,对于1n 也成立,所以na的通项公式为12nn na.(
16、2)由(1),知1211211nan nnn.所以12111naaa111111212 1222311nnn.结论得证.【评析】此题考查等差数列概念、裂项相消法,以及利用nS和na的关系求通项的基本方法.条件呈现方式有所创新,需要正确理解等差数列的概念,用首项、公差表示等差数列,获得数列nnSa的通项公式,进而得到关于数列na的关系式23nnnaS.在此基础上,第(1)小题需要将1(2)nnnaSSn转化为111nnanan,利用累乘法求通项na;第(2)小题需要用裂项相消法求和,然后通过放缩完成证明.此题所用知识和方法都是学生所熟悉的,但是使用过程中易犯以下错误:一是转化条件时不知道如何获得
17、数列nnSa的首项或直接用数列na的首项1a作为其首项(此处未设陷阱,两数列首项均为 1);二是用累乘法求通项na时没有认真观察约分规律,直接保留首末两项而致错;三是用裂项相消法求和时没有认真观察相互抵消规律,直接保留首尾两项而致错.此题具有一定的综合性,设有陷阱,学生易错,属于中等难度试题.利用nS与na的关系求通项的习题在教材中也有涉及,多是直接由前n项和求通项.例如,人教 A 版教材第四章第 24 页练习 2,湘教版普通高中教科书数学选择性必修第一册(以下统称“湘教版教材”)第一章习题 1.2 第 10 题第(1)小题.而在历年高考试题中,也设有非等差(比)数列首先利用1nnnaSS进行
18、转化,统一为na或nS的递推关系后求解的试题,如 2016 年全国卷理科第 17 题,2018 年全国卷理科第 14 题,2021 年全国乙卷理科第 19题等.5.5.利 用 错 位 相 减 等 方 法 求 和 常见数列求和方法有公式法、分组求和法、并项求和法、倒序相加法、错位相减法、裂项相消法等,求和时并不一定单一使用某种方法。倒序相加法、错位相减法、裂项相消法技巧性较强,适用类型均有限制,倒序相加法适用于与两端等距的两项和为定值的数列;错位相减法适用于等差数列与等比数列对应项乘积构成的新数列;裂项相消法适用于通项可裂为新数列两项之差的数列。裂项相消法需要构造新数列 nc,恰使nm kmac
19、c,通过相互抵消使数列na的前n和为新数列 nc有限几项之和.构造新数列 nc是学生的主要困难,历年高考试卷中有很多用裂项相消法求和的试题,是学生复习过程中的重点方法,但从 2022 年高考试题来看,对裂项相消法的考查有弱化趋势,淡化新数列的构造技巧,趋于常规.因此,复习中掌握主要的裂项技巧即可.使用裂项相消法求和时,需要弄清相互抵消的规律,不能盲目认为只剩下第一项和最后一项,例 4 第(2)小题即是考查裂项相消法的常规题型.普遍来说,错位相减法的理解和运算都具有一定难度,但是方法、步骤明确,多数学生都可以掌握.一般地,如果数列na是等差数列,nb是等比数列,那么求数列nna b的前n和时可以
20、用错位相减法.方法是和式两边同乘以等比数列 nb的公比,与原和式相减转化为等比数列求和,进而化简可得.例例 5 5(天津卷 18)设na是等差数列,nb是等比数列,且1122331ababab.(1)求na与nb的通项公式;(2)设na的前n项和为nS,求证:1111nnnnnnnSabSbS b;(3)求2111nkkkkkaab.解:解:(1)设na的 公 差 为d,nb的 公 比 为q,则11(1),nnnand bq.由22331abab,得2(1)1,(12)1.dqdq因 为0q,故 解 得2,2.dq 所以121,2nnnanb.(2)(方法 1)由(1)及相关公式,易知 221
21、1111(),(1),21,2,22nnnnnnnnaanSnSnanbb,所以212111()(1)21 2(42)2nnnnnSabnnnn.因为 222121211112221 2422nnnnnnnnSbS bnnnnnn,所以nnnnnnnbSbSbaS1111.即证.(方法 2)由(1),知120nnbb.要证1111()nnnnnnnSabSbS b成立,即证1112nnnnnnnSabSbS b成立,即证1112nnnnSaSS成立,即证11nnnaSS成立.而11nnnaSS显然成立,所以1111()nnnnnnnSabSbS b.(方法 3)由11nnnaSS,得 左边11
22、1111(2)2nnnnnnnnnnnnnnSabSSSbSSbb SS b 11nnnnSbS b右边.即证.(3)(方法 1)令 11121121 2nnnnnnncaabnn ,则12,2,nnnnncn为奇数,为偶数.2112342121132124224224211232212222.nkkkknnknnnnaabccccccccccccn LL所以,令2421232212nnQnL,则12114413nnkkkknkaabQ;4622+241232232212nnnQnnL.所以 4124622222221432222222212421214nnnnnQnnL,所以2265 220
23、9nnnQ.所以22231121165 22031 28444413939nnnnnkkkknknnaa bQ,即2321131 2819nnkkkkknaa b.(方法 2)令 11121121 2nnnnnnncaabnn ,当kn2时,kkkkkc2122221414;当12kn时,kkkkkkc2221221223414.所以kkkkkkkkkcc42222212222212.而212112342121(1)244424nknkkknnkaa bccccccn.令nnnT42444221 ,则2314244422424nnnTnn.由,得 21231111141438244424822
24、41426432248824.3333nnnnnnnnTnnnn 所以23211(31)28(1)9nnkkkkknaa b.【评析】此题着重考查分组求和法、错位相减法等数列求和方法,以及分类讨论思想和逻辑推理、数学运算等核心素养.第(1)小题通过基本量建立方程组运算求解即可.第(2)小题为证明题,其中涉及11,nnnnna SSb b等 5 个量,如何利用它们之间的关系完成证明,需要学生认真分析、选择方法.方法 1 用基本量表示这 5 个量,统一转化为关于基本量的表达式,化简比较即证;方法 2 利用分析法,从所证结论出发,易推出显然已知的条件11nnnaSS,从而得证;方法 3 在观察、分析
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