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2021年高考数学甲卷-文18

  2022-05-03 07:51:54  

18.(12分)记$S_{n}$为数列$\{a_{n}\}$的前$n$项和,已知$a_{n}>0$,$a_{2}=3a_{1}$,且数列$\{\sqrt{{S}_{n}}\}$是等差数列,证明:$\{a_{n}\}$是等差数列.
分析:设等差数列$\{\sqrt{{S}_{n}}\}$的公差为$d$,可用$\sqrt{{S}_{1}}$、$\sqrt{{S}_{2}}$求出$d$,得到$S_{n}$的通项公式,利用$a_{n}=S_{n}-S_{n-1}$可求出$a_{n}$的通项,从而证明$\{a_{n}\}$是等差数列.
证明:设等差数列$\{\sqrt{{S}_{n}}\}$的公差为$d$,
由题意得$\sqrt{{S}_{1}}=\sqrt{{a}_{1}}$;$\sqrt{{S}_{2}}=\sqrt{{a}_{1}+{a}_{2}}=\sqrt{4{a}_{1}}=2\sqrt{{a}_{1}}$,
则$d=\sqrt{{S}_{2}}-\sqrt{{S}_{1}}=2\sqrt{{a}_{1}}-\sqrt{{a}_{1}}=\sqrt{{a}_{1}}$,所以$\sqrt{{S}_{n}}=\sqrt{{a}_{1}}+(n-1)\sqrt{{a}_{1}}=n\sqrt{{a}_{1}}$,
所以$S_{n}=n^{2}a_{1}$①;
当$n\geqslant 2$时,有$S_{n-1}=(n-1)^{2}a_{1}$②.
由①②,得$a_{n}=S_{n}-S_{n-1}=n^{2}a_{1}-(n-1)^{2}a_{1}=(2n-1)a_{1}$③,
经检验,当$n=1$时也满足③.
所以$a_{n}=(2n-1)a_{1}$,$n\in N_{+}$,
当$n\geqslant 2$时,$a_{n}-a_{n-1}=(2n-1)a_{1}-(2n-3)a_{1}=2a_{1}$,
所以数列$\{a_{n}\}$是等差数列.
点评:本题考查了等差数列的概念和性质,涉及逻辑推理,数学运算等数学学科核心素养,属于中档题.

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