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2021年高考数学新高考Ⅰ-16

  2021-06-14 21:57:20  

(5分)某校学生在研究民间剪纸艺术时,发现剪纸时经常会沿纸的某条对称轴把纸对折.规格为$20dm\times 12dm$的长方形纸,对折1次共可以得到$10dm\times 12dm$,$20dm\times 6dm$两种规格的图形,它们的面积之和$S_{1}=240dm^{2}$,对折2次共可以得到$5dm\times 12dm$,$10dm\times 6dm$,$20dm\times 3dm$三种规格的图形,它们的面积之和$S_{2}=180dm^{2}$,以此类推.则对折4次共可以得到不同规格图形的种数为____;如果对折$n$次,那么$\sum\limits_{k=1}^{n}S_{k}=$____$dm^{2}$.
分析:依题意,对折$k$次共有$k+1$种规格,且面积为$\dfrac{240}{{2}^{k}}$,则${S}_{k}=\dfrac{240(k+1)}{{2}^{k}}$,$\sum\limits_{k=1}^{n}{S}_{k}=240\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+1}{{2}^{k}}$,然后再转化求解即可.
解:易知有$20dm\times \dfrac{3}{4}dm,10dm\times \dfrac{3}{2}dm,5dm\times 3dm,\dfrac{5}{2}dm\times 6dm$,$\dfrac{5}{4}dm\times 12dm$,共5种规格;
由题可知,对折$k$次共有$k+1$种规格,且面积为$\dfrac{240}{{2}^{k}}$,故${S}_{k}=\dfrac{240(k+1)}{{2}^{k}}$,
则$\sum\limits_{k=1}^{n}{S}_{k}=240\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+1}{{2}^{k}}$,记${T}_{n}=\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+1}{{2}^{k}}$,则$\dfrac{1}{2}{T}_{n}=\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+1}{{2}^{k+1}}$,
$\therefore$$\dfrac{1}{2}{T}_{n}=\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+1}{{2}^{k}}-\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+1}{{2}^{k+1}}=1+(\sum\limits_{k=1}^{n-1}\dfrac{k+2}{{2}^{k+1}}-\sum\limits_{k=1}^{n}\dfrac{k+2}{{2}^{k+1}})-\dfrac{n+1}{{2}^{n+1}}=1+\dfrac{\dfrac{1}{4}(1-\dfrac{1}{{2}^{n-1}})}{1-\dfrac{1}{2}}-\dfrac{n+1}{{2}^{n+1}}=\dfrac{3}{2}-\dfrac{n+3}{{2}^{n+1}}$,
$\therefore$${T}_{n}=3-\dfrac{n+3}{{2}^{n}}$,
$\therefore$$\sum\limits_{k=1}^{n}{S}_{k}=240(3-\dfrac{n+3}{{2}^{n}})$.
故答案为:5;$240(3-\dfrac{n+3}{{2}^{n}})$.
点评:本题考查数列的求和,考查数学知识在生活中的具体运用,考查运算求解能力及应用意识,属于中档题.

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