已知数列 $ \left\{a_{n}\right\} $ 满足 $ a_{1}=0 $,$ a_{2}=2 $,且对任意 $ m$,$n\in {\mathbb{N}}^* $ 都有 $ a_{2m-1}+a_{2n-1}=2a_{m+n-1}+2\left(m-n\right)^2 $.
【难度】
【出处】
2010年高考四川卷(理)
【标注】
  1. 求 $ a_{3} $,$ a_{5} $;
    标注
    答案
    解析
    由题意,令 $ m=2 $,$ n=1 $,可得\[ a_{3}=2a_{2}-a_{1}+2=6 ,\]再令 $ m=3 $,$ n=1 $,可得\[ a_{5}=2a_{3}-a_{1}+8=20 .\]
  2. 设 $ b_{n}=a_{2n+1}-a_{2n-1}$ $\left(n\in {\mathbb{N}}^*\right) $,证明:数列 $ \left\{b_{n}\right\} $ 是等差数列;
    标注
    答案
    解析
    当 $ n\in {\mathbb{N}} ^* $ 时,由已知(以 $ n+2 $ 代替 $ m $)可得\[ a_{2n+3}+a_{2n-1}=2a_{2n+1}+8. \]于是\[ \left[a_{2\left(n+1\right)+1}-a_{2\left(n+1\right)-1}\right]-\left(a_{2n+1}-a_{2n-1}\right)=8, \]即\[ b_{n+1}-b_{n}=8 .\]所以数列 $ \left\{b_{n}\right\} $ 是公差为 $ 8 $ 的等差数列.
  3. 设 $ c_{n}=\left(a_{n+1}-a_{n}\right)q^{n-1}\left(q\neq 0,n\in {\mathbb{N}}^*\right) $,求数列 $ \left\{c_{n}\right\} $ 的前 $ n $ 项和 $ S_{n} $.
    标注
    答案
    解析
    由(1)(2)解答可知 $ \left\{b_{n}\right\} $ 是首项为 $ b_{1}=a_{3}-a_{1}=6 $,公差为 $ 8 $ 的等差数列,则 $ b_{n}=8n-2 $,即\[ a_{2n+1}-a_{2n-1}=8n-2 .\]另由已知(令 $ m=1 $),可得\[ a_{n}= \dfrac{{{a_{2n - 1}} + {a_1}}}{2} -\left(n-1\right)^2. \]那么\[\begin{split} a_{n+1}-a_{n}&= \dfrac{{{a_{2n + 1}} - {a_{2n - 1}}}}{2} -2n+1\\&= \dfrac{8n - 2}{2} -2n+1=2n ,\end{split}\]于是\[ c_{n}=2nq^{n-1} .\]当 $ q=1 $ 时,$ S_{n}=2+4+6+\cdots+2n=n\left(n+1\right) $;
    当 $ q\neq 1 $ 时,$ S_{n}=2\cdot q^0+4\cdot q^1+6\cdot q^2+\cdots+2n\cdot q^{n-1 }$.
    两边同乘以 $ q $,可得\[ qS_{n}=2\cdot q^1+4\cdot q^2+6\cdot q^3+\cdots+2n\cdot q^n. \]上述两式相减得\[ \begin{split}\left(1-q\right)S_{n}&=2\left(1+q+q^2+\cdots+q^{n-1}\right)-2nq^n\\&=2\cdot \dfrac{{1 - {q^n}}}{1 - q} -2nq^n\\&=2\cdot \dfrac{{1 - \left(n + 1\right){q^n} + n{q^{n + 1}}}}{1 - q}. \end{split} \]所以\[ S_{n}=2\cdot \dfrac{{n{q^{n + 1}} - \left(n + 1\right){q^n} + 1}}{{{{\left(1 - q\right)}^2}}}. \]综上所述\[S_{n}=\begin{cases}n\left(n + 1\right),& \left(q = 1\right) ,\\
    2\cdot\dfrac{{n{q^{n + 1}} - \left(n + 1\right){q^n} + 1}}{{{{\left(1 - q\right)}^2}}},&\left(q \ne 1\right) .\\
    \end{cases}\]
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 问题3 答案3 解析3 备注3
0.119363s