冷启动:「p 是 q 的什么条件」到底在问什么
题面把两句话摆在一起:
p: d>0,q: S4+S6>2S5
问的是「p 是 q 的( )条件」。这里只有两个方向要查,记牢箭头的指向:
| 说法 | 意思 | 箭头 |
|---|
| p 是 q 的充分条件 | 有 p 就够了,q 一定成立 | p⇒q |
| p 是 q 的必要条件 | 想有 q,就非得有 p 不可 | q⇒p |
| p 是 q 的充要条件 | 两个方向都成立 | p⇔q |
四个选项正好是两个箭头的四种组合:
| 选项 | p⇒q | q⇒p |
|---|
| A.充分不必要 | ✓ | ✗ |
| B.必要不充分 | ✗ | ✓ |
| C.充分必要 | ✓ | ✓ |
| D.既不充分也不必要 | ✗ | ✗ |
所以本题的活儿只有一件:查这两个箭头。 而下面两条路都会把 S4+S6−2S5 算成一个干干净净的 d——
一旦得到
S4+S6−2S5=d
那么 S4+S6>2S5 与 d>0 就是同一句话换了个写法,两个箭头同时到手,答案是 C。
还得先把记号说清楚。{an} 是等差数列:从第二项起,每一项减去前一项都等于同一个常数 d(叫公差)。
Sn 是前 n 项和,即
Sn=a1+a2+⋯+an
注意 Sn 是「前 n 项加起来」,不是「第 n 项」——这两个混起来,本题第一步就走不动。

解法一:用基本量把三个和写开
怎么想到的。 等差数列里一切都由两个数决定:首项 a1 与公差 d。
凡是「几个 Sn 之间的关系」,最不用动脑的办法就是把它们统统翻译成 a1 与 d,
剩下的就是合并同类项。
① 先要有求和公式。 把 Sn 正着写一遍、倒着写一遍再相加:
SnSn=a1+a2+⋯+an=an+an−1+⋯+a1
上下对应相加,每一竖列都是「一头一尾」,而等差数列里这种配对的和全都相等(左边加了几个 d,右边就减了几个 d),
一共 n 列,于是 2Sn=n(a1+an)。再把 an=a1+(n−1)d 代进去:
Sn=2n(a1+an)=na1+2n(n−1)d
② 三个和各写一遍。
S4=4a1+6d,S5=5a1+10d,S6=6a1+15d
(d 的系数就是 2n(n−1):24⋅3=6、25⋅4=10、26⋅5=15。)
③ 代进去,看两个系数。
S4+S6−2S5=(4a1+6d)+(6a1+15d)−2(5a1+10d)=(4+6−10)a1+(6+15−20)d=0⋅a1+1⋅d=d
a1 的系数正好抵成 0,d 的系数正好剩 1。这个结论与首项无关——无论数列从哪儿起步,这个组合都等于公差。
④ 收网。 把 S4+S6>2S5 整体移项:
S4+S6>2S5⟺S4+S6−2S5>0⟺d>0
两个 ⟺ 都是同解变形(移项不改变不等式的解集,而中间那个等号是恒等式),
所以两个箭头一次到手:d>0⇒S4+S6>2S5,反过来也成立。故选 C。
解法二:两次作差,连求和公式都不用
怎么想到的。 上一条路把三个和全部展开,可题目要的只是它们的一个组合。
注意 S4、S5、S6 是下标连着的三个——前 n 项和之间本来就有一条更省事的关系:
多加一项,和就多出那一项。既然如此,先作差把和消掉,比展开成 a1 与 d 快得多。
① 相邻两个和之差,就是新添的那一项。 按定义,
S5−S4=(a1+⋯+a5)−(a1+⋯+a4)=a5
同理 S6−S5=a6。这一步只用到「Sn 是前 n 项之和」,和等差没有关系,任何数列都成立。
② 把要算的式子拆成两个差。 关键是把 −2S5 拆成 −S5−S5,让它分别去配 S6 和 S4:
S4+S6−2S5=(S6−S5)−(S5−S4)=a6−a5
③ 这时才用到等差。 等差数列里相邻两项之差恒为公差:
a6−a5=d
于是同样得到 S4+S6−2S5=d,接着走解法一的第 ④ 步,答案 C。
这两条路差在哪。 解法一通用:不管三个下标是不是连着(换成 S2+S9 与 2S6 也照做不误),
代公式合并同类项一定能出结果,代价是要写三行展开式。
解法二快,但它吃一个前提——下标必须是连着的三个,否则 S6−S5 就不是一项而是一串。
考场上先扫一眼下标:连着就走解法二(两行结束),不连着就老实展开。
这道题真正想考的是「反过来对不对」。 很多人只算了一个方向:
「d>0,那么 S4+S6−2S5=d>0,所以 S4+S6>2S5」——充分性证完了,
于是顺手选 A(充分不必要)。可这条推理链每一步都是等价变形,倒着念一遍同样成立,
必要性根本不用另证。判断充要条件时,写完一个方向务必回头问一句:这几步能不能倒着走?
四个选项的来路。
| 选项 | 说法 | 谁会选它 |
|---|
| A | 充分不必要 | 只验了 d>0⇒S4+S6>2S5 就收工,没回头看反向 |
| B | 必要不充分 | 只验了反向,或者把「充分」「必要」两个词记反了 |
| C | 充分必要 | 正确:S4+S6−2S5=d,两句话完全等价 |
| D | 既不充分也不必要 | 展开时把 −2S5 只减了一次(写成 −5a1−10d),a1 没抵消干净,于是以为结论还与 a1 有关,两个方向都不敢下判断 |
一个能推广的结论,值得单独记住。 对任意等差数列与任意 n,
Sn+Sn+2−2Sn+1=an+2−an+1=d
也就是说:前 n 项和这串数 {Sn} 的「二阶差分」恒等于公差。
本题不过是它在 n=4 处的一个实例。解法二的两行推导对任何 n 一字不改地成立——
这正是它比展开法更值得学的地方。