$ S_n $ 为数列 $ \left\{a_n\right\} $ 的前 $ n $ 项和,已知 $ a_n>0 $,$ a_n^2+2a_n=4S_n+3 $,其中 $n\in\mathbb N^*$.
【难度】
【出处】
2015年高考全国Ⅰ卷(理)
【标注】
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的递推公式
  • 题型
    >
    数列
    >
    求数列的通项公式
  • 知识点
    >
    数列
    >
    等差数列及其性质
    >
    等差数列的定义与通项
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    分拆与裂项
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的求和方法
  • 题型
    >
    数列
    >
    数列求和
  1. 求 $ \left\{a_n\right\} $ 的通项公式;
    标注
    • 知识点
      >
      数列
      >
      数列的递推公式
    • 题型
      >
      数列
      >
      求数列的通项公式
    • 知识点
      >
      数列
      >
      等差数列及其性质
      >
      等差数列的定义与通项
    答案
    $a_n=2n+1\left(n\in \mathbb N^*\right)$
    解析
    利用 $S_n-S_{n-1}=a_n$ 关系化简题目条件得到数列 $\left\{{a_n}\right\}$ 的递推数列,再根据递推数列求通项公式.由已知\[a_n^2+2a_n=4S_n+3\cdots ① ,\]当 $n\geqslant 2$ 时,可得\[a_{n-1}^2+2a_{n-1}=4S_{n-1}+3\cdots ② .\]$ ① - ② $ 得\[ \begin{split}a_n^2-a_{n-1}^2+2\left(a_n-a_{n-1}\right)&=4\left(S_n-S_{n-1}\right)\\&\overset{\left[a\right]}=4a_n,\end{split} \](推导中用到:$\left[a\right]$)
    整理得\[\left(a_n+a_{n-1}\right)\left(a_n-a_{n-1}-2\right)=0.\]因为 $a_n>0$,所以\[a_n=a_{n-1}+2.\]当 $n=1$ 时,可得\[ \begin{split}a_1^2+2a_1&=4S_1+3\\&=4a_1+3,\end{split} \]所以 $a_1=3$(负值舍去).
    所以 $\left\{a_n\right\}$ 是首项为 $3$,公差为 $2$ 的等差数列,故 $a_n=2n+1\left(n\in \mathbb N^*\right)$.
  2. 设 $ b_n=\dfrac{1}{a_na_{n+1}} $,求数列 $ \left\{b_n\right\} $ 的前 $ n $ 项和.
    标注
    • 知识点
      >
      代数变形
      >
      代数式的形
      >
      分拆与裂项
    • 知识点
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      数列
      >
      数列的求和方法
    • 题型
      >
      数列
      >
      数列求和
    答案
    $S_n=\dfrac{n}{6n+9} $
    解析
    观察数列 $\left\{{b_n}\right\}$ 的通项,其满足裂项求和法的条件,使用裂项求和方法解决.由(1)知\[ \begin{split}b_n&=\dfrac{1}{\left(2n+1\right)\left(2n+3\right)}\\&\overset{\left[a\right]}=\dfrac 12\left(\dfrac {1}{2n+1}-\dfrac{1}{2n+3}\right).\end{split} \](推导中用到:$\left[a\right]$)
    于是数列 $\left\{b_n\right\}$ 的前 $n$ 项和\[ \begin{split}S_n&=\dfrac 12\left(\dfrac 13-\dfrac 15+\dfrac 15-\dfrac 17+\cdots+\dfrac {1}{2n+1}-\dfrac {1}{2n+3}\right)\\&=\dfrac12\left(\dfrac 13-\dfrac{1}{2n+3}\right)\\&=\dfrac{n}{6n+9}.\end{split} \]
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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