
一、整体解题思路总览
本题以等差数列、等比数列为基础,结合集合计数与交替符号求和展开命题,整体难度分层递进:
第 (1) 问为基础送分题,用基本量法列方程组即可求解通项; 第 (2) 问的核心突破口是判断两数列无公共元素:利用奇偶性可直接证明两数列没有相同项,计数时无需考虑容斥去重,计算量大幅降低; 第 (2)(ii) 问为压轴难点,采用「分段固定参数 + 奇偶配对抵消 + 拆分经典求和」的策略,将复杂求和拆解为高考高频的纯等比、等差乘等比两类模型,逐步求解。
二、详细解答
(1)求数列 , 的通项公式
思路分析
对等差数列设公差 ,对等比数列设公比 ,将题目给出的两个等量关系转化为关于 的二元方程组,求解后代入通项公式即可。需注意等比数列公比不能为 0 的隐含约束,舍去增根。
详细解答
设等差数列 的公差为 ,等比数列 的公比为 。
由已知 ,,结合条件 ,,代入通项形式列方程组:
代入初始值化简得:
将 代入第二式,得 ,整理为 ,解得 或 。
由于等比数列公比不能为 0,舍去 ,得 ****,对应 ****。
因此数列通项为:
(2)集合计数与求和问题
核心前置结论:两数列无公共元素
由通项可知:
,所有项均为正偶数; ,3 的整数次幂均为奇数,所有项均为正奇数。
偶数与奇数不可能相等,因此 与 不存在公共元素,集合 的元素个数可直接用两类数列的项数相加,无需容斥去重。
即 等于不超过 的 的项数与不超过 的 的项数之和。
(i)求
思路分析
分别统计不超过 的等差数列项数、等比数列项数,再相加化简。利用** 为奇数**的特性,可直接写出偶数项的计数结果;等比数列的项数可通过解不等式直接得到整数结果。
详细解答
统计不超过 的 项数
由 ,得 。
由于 是奇数,因此正整数 的最大值为 ,即共有 项。
统计不超过 的 项数
由 ,得 ,即 。
为正整数,因此共有 项。
合并化简
由于两数列无公共元素,直接相加得:
特例验证:当 时,, 共 3 个元素;代入公式得 ,结果一致。
(ii)求
思路分析
求和式带有交替符号 ,且 随 变化形式复杂,采用三步化简策略:
分段降维:按 3 的幂次将求和区间拆分为 段,每段内 的项数固定, 仅随 的奇偶性变化,表达式简化; 配对抵消:利用交替符号,将相邻的奇数项、偶数项配为一组,计算单组和以消去高次项,大幅简化计算; 拆分求和:将各段的和拆分为纯等比数列、等差乘等比数列两类经典模型,分别用等比求和公式、错位相减法求解,最终合并结果。
详细解答
步骤 1:按 3 的幂次划分求和区间
将求和区间 划分为 个互不重叠的子区间,第 个区间为 ()。
在区间 内,满足 的项恒有 个( 到 均不超过 ,),即 中等比部分的计数固定为 。
步骤 2:写出段内 与 的表达式
根据 的奇偶性,分别写出 :
当 为偶数时,不超过 的 有 个,故 ; 当 为奇数时,不超过 的 有 个,故 。
结合 ,代入得 的分段形式:
步骤 3:奇偶配对计算单组和
每个区间共有 项,为偶数项,可将相邻的奇数 与偶数 配为一组,计算单组的带符号和:
步骤 4:计算单个区间的总和
每个区间内共有 组, 的取值为 ,构成首项为 、末项为 、项数为 的等差数列。
对单组和 批量求和:
其中 的和由等差数列求和公式得:
代入化简:
步骤 5:总求和拆分与分项计算
将 个区间的和累加,得到总求和式:
拆分为两部分分别计算:
① 纯等比部分计算
由等比数列求和公式:
② 等差乘等比部分计算(错位相减法)
令 ①
两边同乘公比 3,得:
用①式减②式:
两边同除以 ,得:
步骤 6:合并化简最终结果
将两部分结果通分合并:
特例验证:当 时,求和上限为 ,直接计算得 ;代入公式得 ,结果一致。
三、解题技巧与考点总结
核心考点
| 数列基础 | |
| 集合计数 | |
| 数列求和 | 交替符号求和 |
关键解题技巧
抽象问题具象化:遇到陌生的集合计数定义,先写出前几项找规律,优先观察奇偶性、整除性等数论特征,快速判断是否需要去重;
交替求和配对法:出现 形式的交替符号求和,优先考虑相邻两项配对,可直接消去高次项与交叉项,大幅降低计算复杂度;
分段降维思想:当计数式包含多类增长速度不同的数列时,按增长更快的数列的幂次分段,使段内参数固定,将复杂问题拆解为多个简单子问题。
应试拿分策略
第 (1) 问务必拿满分,解完后代回原题条件验算,避免计算低级失误; 第 (2)(i) 问先写清 "两数列奇偶不同、无公共元素" 的推导,再分别计数,即使最终化简有误也能拿到大部分步骤分; 第 (2)(ii) 问分层得分:写出分段思路、配对过程可得一半分数;完成错位相减可拿到绝大多数分数;最后合并结果时用 特例验证,避免收尾计算出错。