设数列 $ \left\{a_n\right\} $ 的前 $ n $ 项和为 $ S_n $.已知 $ a_1=1 $,$ a_2=2 $,且 $ a_{n+2}=3S_n-S_{n+1}+3,n\in\mathbb N^* $.
【难度】
【出处】
2015年高考湖南卷(文)
【标注】
  1. 证明:$ a_{n+2}=3a_n $;
    标注
    答案
    略.
    解析
    对于已知“项和关系式”的问题,通过加减消元或代入消元将“项和关系式”转化为“递推关系式”是解决数列问题的关键.由已知条件,对任意 $ n\in\mathbb N^* $,有\[ a_{n+2}=3S_n-S_{n+1}+3 ,\]因而对任意 $ n\in\mathbb N^* $,$ n\geqslant 2 $,有\[ a_{n+1}=3S_{n-1}-S_n+3 ,\]两式相减,得\[ a_{n+2}-a_{n+1}\overset{\left[a\right]}=3a_n-a_{n+1}, \](推导中用到[a])
    整理得\[ a_{n+2}=3a_n , n\geqslant 2 ,\]又 $ a_1=1 $,$ a_2=2 $,所以\[ a_3=3S_1-S_2+3=3a_1 ,\]故对一切 $ n\in\mathbb N^* $,$ a_{n+2}=3a_n $.
  2. 求 $ S_n $.
    标注
    答案
    $ S_n=\begin{cases}
    \dfrac 32\left(5\times 3^{\frac{n-1}{2}}-1\right),n是奇数,\\
    \dfrac 32\left(5\times 3^{\frac{n}{2}}-1\right),n是偶数.
    \end{cases} $
    解析
    根据通项公式可知,分奇偶项求和即可.由(1)知,$ a_n\ne 0 $,所以 $ \dfrac{a_{n+2}}{a_n}=3 $,于是数列 $ \left\{a_{2n-1}\right\} $ 是首项 $ a_1=1 $,公比为 $ 3 $ 的等比数列;数列 $ \left\{a_{2n}\right\} $ 是首项 $ a_2=2 $,公比为 $ 3 $ 的等比数列.
    因此 $ a_{2n-1}=3^{n-1} $,$ a_{2n}=2\times 3^{n-1} $,于是\[\begin{split} S_{2n}&=a_1+a_2+\cdots+a_{2n}\\&=\left(a_1+a_3+\cdots+a_{2n-1}\right)+\left(a_2+a_4+\cdots+a_{2n}\right)\\&=\left(1+3+\cdots+3^{n-1}\right)+2\left(1+3+\cdots+3^{n-1}\right)\\&=3\left(1+3+\cdots+3^{n-1}\right)\\&\overset{\left[a\right]}=\dfrac{3\left(3^n-1\right)}{2} ,\end{split}\](推导中用到[a])
    所以,当 $n$ 为偶数时,\[S_n=\dfrac{3}{2}\left(3^{\frac{n}{2}}-1\right);\]又因为\[ S_{2n-1}=S_{2n}-a_{2n}=\dfrac 32\left(5\cdot 3^{n-2}-1\right) .\]所以,当 $n$ 为奇数时,\[S_n=\dfrac{3}{2}\left(5\cdot3^{\frac{n+1}{2}-2}-1\right)=\dfrac32\left(5\cdot3^{\frac{n-3}{2}}-1\right).\]综上所述,$ S_n=\begin{cases}
    \dfrac 32\left(5\cdot 3^{\frac{n-3}{2}}-1\right),&n是奇数,\\
    \dfrac 32\left( 3^{\frac{n}{2}}-1\right),&n是偶数.
    \end{cases} $
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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