彰显函数特性 渗透数学思想——2022年高考“数列”专题解题分析.pdf
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1、下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究彰显函数特性渗透数学思想2022年高考“数列”专题解题分析王明海王明海,刘连杭刘连杭,张晓斌张晓斌(重庆市江北区教师进修学院重庆市江北区教师进修学院;重庆市南开中学校重庆市南开中学校;重庆市教育科学研究院重庆市教育科学研究院)摘要:通过对2022年高考数学全国卷和地方卷中数列试题的特点分析和解题分析,特别是对新、旧高考的数列试题分析,把握新高考对数列内容考查的目标与重点,强调数列作为函数主线内容的体现,提出淡化特殊技巧、培养解题思维习惯、重视函数与数列综合、学会数学思想引领解题方向的复习备考建议.关键词:2022年高考;数列;解题
2、分析收稿日期:2022-07-05作者简介:王明海(1976),男,高级教师,主要从事高中数学教育教学及评价研究.普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)(以下简称 标准)指出,高中数学课程内容突出函数、几何与代数、概率与统计、数学建模活动与数学探究活动四条主线.数列是选择性必修课程中函数主题的内容之一,明确要求学生感受数学模型的现实意义与应用;感受数列与函数的共性与差异,体会数学的整体性.综观2022年高考数学的全国卷和地方卷,普遍淡化对数列知识的全覆盖和特殊技巧的考查,注重考查学生综合运用知识分析问题、解决问题的关键能力,突出体现数列的函数特性,加大数列与函数综合、数列模型的应用
3、考查.本文针对2022年高考数学试卷中的数列试题进行解题分析,把握高考对数列内容的考查目标和方向,掌握解决数列相关问题的基础知识与基本方法,积累分析、解决数列问题的经验,体悟重要数学思想在解题过程中的引领作用,最后提出复习备考建议.一、试题特点分析全国甲卷和全国乙卷中的数列试题着重考查与等差数列、等比数列有关的基础知识、基本方法和常规题型,学生容易上手,不需过多分析,见到试题即可知道解题路径,这类试题为结构良好试题.全国新高考卷和全国新高考卷,以及新高考地方卷与旧高考试卷的显著区别在于结构不良试题、开放性问题、情境性问题等非常规试题的比例增大,学生初见试题无法入手,需要深入分析、综合运用所学知
4、识设计解题路径,着重考查学生的关键能力和数学核心素养.2022年新高考数学试卷中多道数列试题为非常规试题,无固定套路,学生必须深刻理解基础知识,掌握基本方法,综合运用知识方法解决问题,这既体现了高考考查要求的基础性,也体现了高考考查的综合性,同时注重对学生对数列模型的应用能力和创新能力的考查.1.等差(比)数列的通项、前 n 项和及基本量的运算首项、公差(比)是等差(比)数列中最为关键的基本量,求等差(比)数列,即是求其首项和公差(比).得到了等差(比)数列的首项和公差(比),就得到了等差(比)数列及其通项、前 n 项和等.具体到等差(比)数列的相关问题中,往往需要建立方程或方程组求解,方程或
5、方程组中主要涉及 a1,d()q,n,an,Sn 这5个基本量,可以“知三求二”.2022年高考数列试题注重考查学生对数列概念的理解和基础知识的掌握,淡化技巧、回归本质,部分问题通过基本量建立方程或方程组运算即可解决,这也是高考考查 48下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究要求基础性的体现.例1(全国乙卷理8)已知等比数列 an 的前3项和为168,a2-a5=42,则 a6 的值为().(A)14(B)12(C)6(D)3解:设等比数列 an 的公比为 q,q 0,若 q=1,则 a2-a5=0.与题意矛盾,所以 q 1.由|a1+a2+a3=a1()1-q31-
6、q=168,a2-a5=a1q-a1q4=42,解得|a1=96,q=12.所以 a6=a1q5=3.故选择选项D.【评析】此题着重考查等比数列的基础知识,利用首项、公比表示条件,建立关于首项、公比的方程组求出首项、公比,进而求得 a6 的值,属于常规题,学生较易解决.这类关于等比(差)数列基本量计算求解的问题在教材中较为常见,但因复习过程中较多使用等比(差)数列的性质求解,可能导致学生想方设法利用性质求解而误入歧途.同时,有关等比(差)数列关于基本量的方程组求解,往往因未知数的次数较高而采用方程间相除的方式消元.此类试题在历年高考中是常考题型,如2018年全国卷理科第4题、2019年全国卷理
7、科第1题、2019年全国卷理科第5题等.2.等差(比)数列的证明等差(比)数列的证明是高考中的常见题型,要求学生深刻理解相关概念,回归数学本质.证明一个数列是等差(比)数列的方法主要有定义法和中项法.(1)定义法:证明数列 an 是等差数列,即证 an+1-an 为常数;证明数列 an 是等比数列,即证 an+1an为常数且不为0.(2)中项法:证明数列 an 是等差数列,可以证明对任意的正整数 n 都有 an+2+an=2an+1;证明数列 an 是等比数列,可以证明对任意的正整数 n 都有an+2an=a2n+1.例2(全国甲卷理17)记 Sn 为数列 an 的前 n 项和.已知 2Snn
8、+n=2an+1.(1)证明:an 是等差数列;(2)若 a4,a7,a9 成等比数列,求 Sn 的最小值.解:(1)因为 2Snn+n=2an+1,所以 2Sn+n2=2nan+n.当 n 2 时,2Sn-1+()n-12=2()n-1 an-1+()n-1.-,得2Sn+n2-2Sn-1-()n-12=2nan+n-2()n-1 an-1-()n-1,即 2()n-1 an-2()n-1 an-1=2()n-1.所以 an-an-1=1,n 2 且 n N*.所以 an 是以1为公差的等差数列.(2)由(1),可得 a4=a1+3,a7=a1+6,a9=a1+8.因为 a4,a7,a9 成
9、等比数列,所以 a72=a4a9,即()a1+62=()a1+3()a1+8.解得 a1=-12.所以 an=n-13.所以 Sn=-12n+n()n-12=12n-2522-6258.所以当 n=12 或 n=13 时,()Sn min=-78.【评析】此题着重考查学生对等差数列概念和函数特性的理解,以及数学抽象、逻辑推理等核心素养.第(1)小题为等差数列的证明,证明等差数列一般用定义法或中项法,通过 an=Sn-Sn-1()n 2 转化条件即可用定义法证得.教材重视学生对概念的理解,等差(比)数列的判定与证明在例题和习题中多有体现.例如,人教A版 普通高中教科书数学 选择性必修第二册(以下
10、统称“人教A版教材”)第四章习题4.2第7题第(1)小题;习题4.3第7题第(1)小题,第11题第(2)小题,第12题第(1)小题.往年高考试卷中类似试题有2019年全国卷理科第19题第(1)小题,2021年全国乙卷理科第19题第(1)小题等.第(2)小题通过三个数成等比数列的关系建立方程,用基本量表示方程求解可得首项,进而求出前 n 项和 Sn.Sn 的实质是关于n 的二次函数,通过配方结合 n 的取值可求得 Sn 的最小值.要特别注意数列作为特殊函数的特殊性,n 为整数,n 不一定是最低点的横坐标.求数列的最大(小)项或前 n 项和的最值问题在教材中不乏例题和习题.例如,北师大版普通高中教
11、科书数学(以下统称“北师大版教材”)选择性必修第二册第一章习题1-2 B组第5题.类似高考试题有2018年全国卷理科第17题第(2)小题.49下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究3.等差(比)数列性质的应用对等差(比)数列性质的灵活应用是高考数列复习训练的重点,在历年高考数列试题中也不乏灵活运用性质的试题,即利用基本量运算繁杂而运用性质可以巧解的试题,这就导致高考数列复习过程中学生所记性质越来越多.综观 2022 年高考数列试题,没有一题运用性质可大幅度减少运算量,大都直接用基本量运算即可解决且不复杂.由此可以看出高考“淡化技巧、回归本质”的教学导向,但这并不意味着
12、高考不考查等差(比)数列的性质,这些主要性质仍然需要深刻理解和灵活运用,只是无须强记更多的性质和结论.等差数列的主要性质.(1)在等差数列 an 中,若 m+n=p+q()m,n,p,q N*,则 am+an=ap+aq.特别地,当 m+n=2p 时,则有 am+an=2ap.(2)在等差数列 an 中,与首末两端等距离的两项之和均相等,即 a1+an=a2+an-1=ak+an-k+1.(3)从等差数列 an 中抽取等距离的项组成的新数列是一个等差数列,即 ak,ak+m,ak+2m,成等差数列.(4)在等差数列 an 中,连续 m 项的和组成的新数列是等差数列,即 Sm,S2m-Sm,S3
13、m-S2m,成等差数列.等比数列的主要性质.(1)在等比数列 an 中,若 n+m=p+q()m,n,p,qN*,则 anam=apaq.特别地,若 m+n=2p,则 aman=()ap2.(2)等比数列 an 中,与首末两端等距离的两项的乘积相等,即 a1an=a2an-1=a3an-2=akan-k+1.(3)等比数列 an 中连续 k 项的和组成的新数列是等比数列,即 Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,成等比数列(公比为-1且 k 为偶数的情况除外).例3(全国乙卷文13)记 Sn 为等差数列 an 的前 n 项和.若 2S3=3S2+6,则公差 d 的值为.解法1:由 2S3=3S2
14、+6,得23a1+3 22d=32a1+2 12d+6.解得 d=2.解法2:由 2S3=3S2+6,得 2()a1+a2+a3=3()a1+a2+6.由 a1+a3=2a2,得 2 3a2=3()a1+a2+6.化简,得 a2-a1=2,即 d=2.【评析】此题仍是对等差数列基础知识的考查,体现了高考考查要求的基础性.可以用基本量建立方程求解,也可以用等差中项的性质化简直接获得公差 d.两种解法的运算量没有多大差别,使用性质并没有大幅度减少运算量,这恰好说明了高考对性质应用技巧的淡化.但是历年高考曾多次考查等差(比)数列性质的应用,部分试题运用性质求解相较直接建立基本量的方程计算可减少运算量
15、,如2019年全国卷理科第14题.4.利用 Sn 与 an 的关系求通项数列的通项 an 与前 n 项和 Sn 紧密相关,数列的前n 项和本身也是数列,具有数列的一切性质,通项 an与前 n 项和 Sn 是数列的主要研究对象.在等差数列中,直接体现通项与前 n 项和之间关系的有:S2n-1=()2n-1 an,S2n=n()an+an+1,解题过程中常用此实现等差数列通项与前 n 项和之间的转化.而对于任何数列均有 an=Sn-Sn-1()n 2.对非等差(比)数列而言,除此公式外,等差(比)数列的所有性质均不可用,可见此公式的重要性.但是运用 an=Sn-Sn-1 时一定要注意适用范围 n
16、2,同时还需要用 a1=S1 求 a1,以此检验通项公式是否适用 n=1的情形.例4(全国新高考卷17)记 Sn 为数列 an 的前 n 项和,已知 a1=1,Snan是公差为 13 的等差数列.(1)求 an 的通项公式;(2)证明:1a1+1a2+1an 2.(1)解:因为 a1=1,所以 S1=a1=1.所以 S1a1=1.因为 Snan是公差为 13 的等差数列,所以 Snan=1+13()n-1=n+23.所以 Sn=()n+2 an3.所以当 n 2 时,Sn-1=()n+1 an-13.所以 Sn-Sn-1=()n+2 an3-()n+1 an-13,即 an=()n+2 an3
17、-()n+1 an-13.整理,得()n-1 an=()n+1 an-1.所以 anan-1=n+1n-1.所以 an=a1 a2a1 a3a2 an-1an-2 anan-1=n()n+12.50下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究显然,对于 n=1也成立,所以 an 的通项公式为 an=n()n+12.(2)证明:由(1),知 1an=2n()n+1=21n-1n+1.所以 1a1+1a2+1an=2|1-12+12-13+1n-1n+1=21-1n+1 N0 时,an 0”的().(A)充分而不必要条件(B)必要而不充分条件(C)充分必要条件(D)既不充分也不
18、必要条件解:设数列 an 的公差为 d,则 an=a1+()n-1 d()d 0.若 an 为递增数列,则 d 0.令 an 0,有 n d-a1d.令 N0=|d-a1d,则存在正整数 N0,当n N0时,an 0.所以“an 为递增数列”是“存在正整数 N0,当n N0 时,an 0”的充分条件.若存在正整数 N0,当 n N0 时,an 0,则当 n N0时,d -a1n-1 恒成立.当 a1 0 时,-a1n-1 0,即 d 0;当 a1 0 时,-a1n-1 -a1n-1 恒成立,则须 d 0.综上,若存在正整数 N0,当 n N0 时,an 0,则有 d 0,即 an 为递增数列.
19、所以“an 为递增数列”是“存在正整数 N0,当n N0 时,an 0”的必要条件.综上,“an 为递增数列”是“存在正整数 N0,当 n N0 时,an 0”的充分必要条件.故选择选项C.【评析】此题着重考查数列的单调性和简易逻辑知识,要求学生理解数列单调性和函数单调性的共性与差异.同时,创新问题呈现方式考查了学生的数学语言理解表达能力和数学抽象素养.多数学生对严格的推导存在困难,但作为选择题,此题在正确理解数列单调性的基础上不难解决.若 an 为递增数列,即使首项为负,在一直递增的情况下,数列的项一定会变为正数,且趋于无穷大.因此“存在正整数 N0,当n N0 时,an 0”,满足充分性.
20、在判断必要性时,不易正面推断,可以采用反证法.如果数列 an 是递减数列,数列后面的无穷多项终会变为负数,出现矛盾.新教材相较旧教材更强调数列的函数特性,例题和习题中判断函数单调性、求最大(小)项问题比例有所增加.例如,北师大版教材选择性必修第二册第一章习题1-3 A组第4题寻找等比数列为递减数列的充分条件;湘教版教材第一章1.2.2练习第2题关于数列单调性判断的真命题选择和1.3.2练习第2题关于等比数列为递增数列的充要关系判断.类似的高考试题有2021年全国甲卷理科第7题.7.运用数学思想突破思维阻碍点2022年高考数列试题给人的直观印象是非常规试题较多,非常规试题无法直接套用复习过程中反
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