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19三角函数★★★☆☆
△ABC\triangle ABC 中,AA,BB,CC 所对的边分别为 aa,bb,cc,A=π6A = \frac{\pi}{6},(1+3)c=2b(1 + \sqrt{3})c = 2b.
(1) 求 CC; (2) 若 CB→⋅CA→=1+3\overrightarrow{CB} \cdot \overrightarrow{CA} = 1 + \sqrt{3},求 aa,bb,cc.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由正弦定理,bc=sin⁡Bsin⁡C\frac{b}{c}=\frac{\sin B}{\sin C}. 又 B=5π6−CB=\frac{5\pi}{6}-C,且 bc=1+32\frac{b}{c}=\frac{1+\sqrt3}{2},所以
sin⁡(5π6−C)=1+32sin⁡C\sin\left(\frac{5\pi}{6}-C\right)=\frac{1+\sqrt3}{2}\sin C
展开左边得 12cos⁡C+32sin⁡C\frac12\cos C+\frac{\sqrt3}{2}\sin C,从而 cos⁡C=sin⁡C\cos C=\sin C. 因为 0<C<5π60<C<\frac{5\pi}{6},所以 C=π4C=\frac{\pi}{4}.
\item 由正弦定理和 A=π6A=\frac{\pi}{6}、C=π4C=\frac{\pi}{4},有 ac=sin⁡Asin⁡C=12\frac{a}{c}=\frac{\sin A}{\sin C}=\frac1{\sqrt2}. 再由已知,b=1+32cb=\frac{1+\sqrt3}{2}c. 由向量数量积,
CB→⋅CA→=abcos⁡C=c2⋅1+32c⋅22=1+34c2\overrightarrow{CB}\cdot\overrightarrow{CA}=ab\cos C =\frac{c}{\sqrt2}\cdot\frac{1+\sqrt3}{2}c\cdot\frac{\sqrt2}{2} =\frac{1+\sqrt3}{4}c^{2}
因此 c2=4c^{2}=4,因边长为正,c=2c=2,进而 a=2a=\sqrt2,b=1+3b=1+\sqrt3. \end{enumerate} \end{solution}

2009 · 江西 · 文 · 第 19 题 · 解答题

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21数列★★★★☆
数列 {an}\{a_{n}\} 的通项 an=n2(cos⁡2nπ3−sin⁡2nπ3)a_{n} = n^{2}\left(\cos^{2}\frac{n\pi}{3} - \sin^{2}\frac{n\pi}{3}\right),其前 nn 项和为 SnS_{n}.
(1) 求 SnS_{n}; (2) bn=S3nn⋅4nb_{n}=\frac{S_{3n}}{n\cdot4^{n}},求数列 {bn}\{b_{n}\} 的前 nn 项和 TnT_{n}.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 利用 cos⁡2u−sin⁡2u=cos⁡2u\cos^{2}u-\sin^{2}u=\cos2u,得 an=n2cos⁡2nπ3a_n=n^{2}\cos\frac{2n\pi}{3}. 当 n=3j−2n=3j-2,3j−13j-1,3j3j 时,分别有 a3j−2=−12(3j−2)2a_{3j-2}=-\frac12(3j-2)^{2},a3j−1=−12(3j−1)2a_{3j-1}=-\frac12(3j-1)^{2},a3j=9j2a_{3j}=9j^{2}. 每三个连续项的和为
a3j−2+a3j−1+a3j=9j−52a_{3j-2}+a_{3j-1}+a_{3j}=9j-\frac52
所以
S3k=∑j=1k(9j−52)=k(9k+4)2=n(3n+4)6S_{3k}=\sum_{j=1}^{k}\left(9j-\frac52\right)=\frac{k(9k+4)}2=\frac{n(3n+4)}6
由 S3k−1=S3k−a3kS_{3k-1}=S_{3k}-a_{3k},得
S3k−1=k(9k+4)2−9k2=k(4−9k)2S_{3k-1}=\frac{k(9k+4)}2-9k^{2}=\frac{k(4-9k)}2
再由 S3k−2=S3k−1−a3k−1S_{3k-2}=S_{3k-1}-a_{3k-1},得
S3k−2=k(4−9k)2+(3k−1)22=−k+12S_{3k-2}=\frac{k(4-9k)}2+\frac{(3k-1)^{2}}2=-k+\frac12
因此
Sn={−n3−16,n=3k−2,(n+1)(1−3n)6,n=3k−1,n(3n+4)6,n=3k,k∈N∗S_n= \begin{cases} -\dfrac{n}{3}-\dfrac{1}{6},&n=3k-2,\\[4pt] \dfrac{(n+1)(1-3n)}6,&n=3k-1,\\[4pt] \dfrac{n(3n+4)}6,&n=3k, \end{cases} \qquad k\in\mathbf{N}^*
\item 由第一问在 3n3n 处的结果,
bn=S3nn⋅4n=9n+42⋅4nb_n=\frac{S_{3n}}{n\cdot4^n}=\frac{9n+4}{2\cdot4^n}
于是
Tn=12∑j=1n9j+44jT_n=\frac12\sum_{j=1}^{n}\frac{9j+4}{4^j}
将上式乘以 44 后与原式相减,得
3Tn=12(13+94+942+⋯+94n−1−9n+44n)=12(16−9n+164n)=8−9n+162⋅4n3T_n=\frac12\left(13+\frac94+\frac9{4^2}+\cdots+\frac9{4^{n-1}}-\frac{9n+4}{4^n}\right) =\frac12\left(16-\frac{9n+16}{4^n}\right) =8-\frac{9n+16}{2\cdot4^n}
因此
Tn=83−83⋅4n−3n2⋅4n=83−13⋅22n−3−3n22n+1T_n=\frac83-\frac{8}{3\cdot4^n}-\frac{3n}{2\cdot4^n} =\frac83-\frac{1}{3\cdot2^{2n-3}}-\frac{3n}{2^{2n+1}}
\end{enumerate} \end{solution}

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