内容正文:
第1章 数列
1.2 等差数列
1.2.1 等差数列及其通项公式
(教师独具内容)
课程标准:通过生活中的实例,理解等差数列的概念和通项公式的意义.
教学重点:1.等差数列的概念.2.等差数列的通项公式及运用.
教学难点:1.等差数列的判定.2.等差数列的通项公式及灵活运用.
核心素养:1.通过学习等差数列的概念,提升数学抽象素养.2.通过学习等差数列的证明及相关计算,提升逻辑推理素养和数学运算素养.
核心概念掌握
核心素养形成
课后课时精练
目录
随堂水平达标
核心概念掌握
知识点一 等差数列的定义
一般地,如果一个数列从第____项起,每一项与它的前一项之差都等于___________,那么这个数列称为等差数列,这个______叫作等差数列的公差,公差通常用字母____表示.
知识点二 等差数列的递推公式与通项公式
已知等差数列{an}的首项为a1,公差为d,填表:
知识点三 等差中项
在两个数a,b之间插入数M,使a,M,b成等差数列,则_______称为a与b的等差中项.这三个数满足关系式2M=_______ .
2
同一个常数
递推公式 通项公式
____________=d an=____________
常数
d
an+1-an
a1+(n-1)d
M
a+b
核心概念掌握
5
等差数列的通项公式为an=a1+(n-1)d,要理解公式中an,a1,n,d的含义并掌握以下两点:
(1)确定a1和d是确定通项公式的一般方法.
(2)由方程思想,根据an,a1,n,d中任何三个量可求解另一个量,即“知三求一”.
核心概念掌握
6
1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)数列1,1,1,1,1是等差数列.( )
(2)若一个数列从第2项起每一项与前一项之差都是常数,则这个数列是等差数列.( )
(3)任意两个实数都有等差中项.( )
√
×
√
核心概念掌握
7
答案
-0.01
an=2n-1
10
核心概念掌握
8
核心素养形成
解
题型一 等差数列的通项公式
例1 (1)在等差数列{an}中,已知a5=10,a12=31,求首项a1与公差d.
核心素养形成
10
解
解 设等差数列{an}的公差为d,
由已知得1+2d=(1+d)2-4,解得d=±2,
当d=2时,an=1+(n-1)×2=2n-1,
当d=-2时,an=1+(n-1)×(-2)=-2n+3.
核心素养形成
11
解
【结论探究】若本例(2)中条件不变,试求数列{an}中的最大项与最小项.
解 当d=2时,an=2n-1,数列{an}为递增数列,有最小项为a1=1,无最大项.
当d=-2时,an=-2n+3,数列{an}为递减数列,有最大项为a1=1,无最小项.
核心素养形成
12
核心素养形成
13
解
核心素养形成
14
解
(2)-401是不是等差数列-5,-9,-13,…的项?如果是,是第几项?
解 由a1=-5,d=-9-(-5)=-4,
得这个数列的通项公式为an=-5-4(n-1)=-4n-1,
令-401=-4n-1,
得n=100,即-401是这个数列的第100项.
核心素养形成
15
解
核心素养形成
16
解
(2)已知a,b,c成等差数列,那么a2(b+c),b2(c+a),c2(a+b)是否成等差数列?
解 因为a,b,c成等差数列,
所以a+c=2b.
又因为a2(b+c)+c2(a+b)-2b2(c+a)
=a2c+c2a+ab(a-2b)+bc(c-2b)
=a2c+c2a-2abc=ac(a+c-2b)=0,
所以a2(b+c)+c2(a+b)=2b2(c+a).
所以a2(b+c),b2(c+a),c2(a+b)成等差数列.
核心素养形成
17
感悟提升
若a,b,c成等差数列,则有a+c=2b;反之,若a+c=2b,则a,b,c成等差数列.
核心素养形成
18
解
[跟踪训练2] (1)在-1与7之间顺次插入三个数a,b,c,使这五个数成等差数列,求此数列.
核心素养形成
19
解
(2)已知数列{an}的首项为a1=3,通项公式为an=2np+nq(n∈N+,p,q为常数),且a1,a4,a5成等差数列,求p,q的值.
解 由a1=3,得2p+q=3. ①
又a4=24p+4q,a5=25p+5q,且a1+a5=2a4,
∴3+25p+5q=25p+8q,即q=1. ②
将②代入①得p=1,故p=1,q=1.
核心素养形成
20
解
题型三 等差数列的判定与证明
例3 (1)判断下列数列是否为等差数列.
①在数列{an}中,an=3n+2;
②在数列{an}中,an=n2+n.
解 ①an+1-an=3(n+1)+2-(3n+2)=3(n∈N+)是常数,所以这个数列为等差数列.
②an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)=2n+2,不是常数,所以这个数列不是等差数列.
核心素养形成
21
解
核心素养形成
22
感悟提升
1.判断一个数列是不是等差数列的常用方法
(1)定义法:an+1-an=d(d为常数,n∈N+)⇔{an}是等差数列.
(2)等差中项法:2an+1=an+an+2(n∈N+)⇔{an}是等差数列.
(3)通项公式法:an=kn+b(k,b为常数,n∈N+)⇔{an}是等差数列.
若要说明一个数列不是等差数列,则只需举一个反例即可.
2.用定义证明等差数列时的易错点
用定义证明等差数列时,常采用两个式子an+1-an=d和an-an-1=d,但它们的意义不同,后者必须加上“n≥2”,否则n=1时,a0无定义.
核心素养形成
23
解
[跟踪训练3] (1)已知等差数列{an}的首项为a1,公差为d,数列{bn}中,bn=3an+4,问:数列{bn}是否为等差数列?并说明理由.
解 数列{bn}是等差数列.
理由:∵数列{an}是首项为a1,公差为d的等差数列,
∴an+1-an=d(n∈N+).
∴bn+1-bn=(3an+1+4)-(3an+4)=3(an+1-an)=3d.
∴根据等差数列的定义,知数列{bn}是等差数列.
核心素养形成
24
证明
(2)已知数列{an}满足2an+(n-1)an-1=nan+a1(n∈N+,且n≥2),证明数列{an}为等差数列.
证明 将2an+(n-1)an-1=nan+a1(n≥2)中的n替换为n+1得2an+1+nan=(n+1)·an+1+a1.
两式相减并整理得(n-1)an+1=(2n-2)an-(n-1)an-1(n≥2),
即(n-1)an+1-(n-1)an=(n-1)an-(n-1)an-1,
由n≥2得an+1-an=an-an-1,
即2an=an+1+an-1(n≥2).
故数列{an}为等差数列.
核心素养形成
25
随堂水平达标
1.已知等差数列{an}中,an-an-1=2(n≥2),且a1=1,则这个数列的第10项为( )
A.18 B.19
C.20 D.21
答案
解析
解析 a10=a1+9d=1+2×9=19.
随堂水平达标
1
2
3
4
5
27
答案
解析
随堂水平达标
1
2
3
4
5
28
3.(多选)已知数列{an}满足:a1=10,a2=5,an-an+2=2(n∈N+),则下列说法正确的是( )
A.数列{an}是等差数列 B.a2k=7-2k(k∈N+)
C.a2k-1=12-2k(k∈N+) D.an+an+1=18-3n
答案
解析
解析 由an-an+2=2得a3=a1-2=8,由于2a2≠a1+a3,所以{an}不是等差数列,A不正确;由an-an+2=2,知{an}的偶数项、奇数项分别构成等差数列,公差都为-2,当n=2k(k∈N+)时,a2k=a2+(k-1)×(-2)=7-2k,当n=2k-1(k∈N+)时,a2k-1=a1+(k-1)×(-2)=12-2k,故B,C都正确;当n=2时,a2+a3=5+8=13不满足an+an+1=18-3n,故D错误.
随堂水平达标
1
2
3
4
5
29
答案
解析
5
随堂水平达标
1
2
3
4
5
30
5.已知等差数列{an}中,a15=33,a61=217,试判断153是不是这个数列中的项?如果是,是第几项?
解
随堂水平达标
1
2
3
4
5
31
课后课时精练
一、选择题
1.已知数列3,9,15,…,3(2n-1),…,那么81是它的第____项( )
A.12 B.13
C.14 D.15
答案
解析
解析 an=3(2n-1)=6n-3.由6n-3=81得n=14.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
33
2.方程x2+6x+1=0的两根的等差中项为( )
A.1 B.6
C.5 D.-3
答案
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
34
3.等差数列{an}中,a1=70,d=-9,则这个数列中绝对值最小的一项为( )
A.a8 B.a9
C.a10 D.a11
答案
解析
解析 ∵an=a1+(n-1)d=79-9n,d=-9<0,∴数列{an}为递减数列,a8=7,a9=-2.∴a9的绝对值最小.故选B.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
35
4.等差数列1,-1,-3,-5,…,-89,它的项数是( )
A.92 B.47
C.46 D.45
答案
解析
解析 ∵a1=1,d=-1-1=-2,∴an=1+(n-1)×(-2)=-2n+3,由-89=-2n+3,得n=46.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
36
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
37
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
38
二、填空题
6.在数列{an}中,a1=2,2an+1=2an+1,则a2025=____________.
答案
解析
1014
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
39
7.等差数列的前4项依次是a-1,a+1,2a+3,2b-3,则a=________,b=____________.
答案
解析
0
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
40
答案
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
41
证明
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
42
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
43
解
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A级
课后课时精练
44
解
课后课时精练
1
2
B级
45
解
课后课时精练
1
2
B级
46
课后课时精练
1
2
B级
47
解
课后课时精练
1
2
B级
48
解
课后课时精练
1
2
B级
49
R
2.做一做(请把正确的答案写在横线上)
(1)等差数列0.73,0.72,0.71,0.70,0.69的公差为____________.
(2)等差数列{an}中,a3=5,a7=13,则数列{an}的通项公式是____________.
(3)已知等差数列{an}中,d=-eq \f(1,3),a7=8,则a1=____________.
(4)-2与11的等差中项为____________.
eq \f(9,2)
解 因为a5=10,a12=31,
故eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+4d=10,,a1+11d=31,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=-2,,d=3.))
所以这个等差数列的首项是-2,公差是3.
(2)已知等差数列{an}满足a1=1,a3=aeq \o\al(2,2)-4,求数列{an}的通项公式.
感悟提升
求解等差数列通项公式的方法
应用等差数列的通项公式求a1和d,运用了方程的思想.一般地,可由am=a,an=b,
得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+(m-1)d=a,,a1+(n-1)d=b,))求出a1和d,从而确定通项公式.
解 由a1=2,a2=1,得eq \f(1,a1+1)=eq \f(1,3),eq \f(1,a2+1)=eq \f(1,2),
故数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an+1)))是首项为eq \f(1,3),公差为eq \f(1,6)的等差数列,
即eq \f(1,an+1)=eq \f(1,3)+(n-1)×eq \f(1,6),
从而可得an=eq \f(5-n,n+1).
[跟踪训练1] (1)已知数列{an}中,a1=2,a2=1,数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an+1)))为等差数列,求数列{an}的通项公式.
解 因为5+2eq \r(6),m,5-2eq \r(6)成等差数列,所以5+2eq \r(6)+5-2eq \r(6)=2m,所以m=5.
题型二 等差中项及应用
例2 (1)若三个数5+2eq \r(6),m,5-2eq \r(6)成等差数列,求m的值.
解 ∵-1,a,b,c,7成等差数列,
∴b是-1和7的等差中项,∴b=eq \f(-1+7,2)=3.
∵a是-1和3的等差中项,∴a=eq \f(-1+3,2)=1.
又c是3与7的等差中项,∴c=eq \f(3+7,2)=5,
∴该数列为-1,1,3,5,7.
解 ①证明:∵bn+1-bn=eq \f(1,an+1-2)-eq \f(1,an-2)=eq \f(1,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4-\f(4,an)))-2)-eq \f(1,an-2)=eq \f(an,2(an-2))-eq \f(1,an-2)=eq \f(an-2,2(an-2))=eq \f(1,2).
又b1=eq \f(1,a1-2)=eq \f(1,2),∴数列{bn}是首项为eq \f(1,2),公差为eq \f(1,2)的等差数列.
②由①知bn=eq \f(1,2)+(n-1)×eq \f(1,2)=eq \f(1,2)n.
∵bn=eq \f(1,an-2),∴an=eq \f(1,bn)+2=eq \f(2,n)+2.
(2)已知数列{an}满足a1=4,an=4-eq \f(4,an-1)(n>1),记bn=eq \f(1,an-2).
①求证:数列{bn}是等差数列;
②求数列{an}的通项公式.
2.一个等差数列的前4项是a,x,b,2x,则eq \f(a,b)等于( )
A.eq \f(1,4)
B.eq \f(1,2)
C.eq \f(1,3)
D.eq \f(2,3)
解析 由题可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x=a+b,,2b=x+2x,))∴a=eq \f(x,2),b=eq \f(3,2)x.∴eq \f(a,b)=eq \f(1,3).
4.数列{an},{bn}满足a1=1,且an+1,1+an是函数f(x)=x2-bnx+an的两个零点,则a2=______,当bn>eq \f(4,3)时,n的最大值为_____.
解析 由题意可得an+1(1+an)=an.所以an+1=eq \f(an,1+an),所以a2=eq \f(a1,1+a1).又a1=1,所以a2=eq \f(1,2).因为an+1(1+an)=an,所以eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=1.又a1=1,所以eq \f(1,an)=n.所以an=eq \f(1,n).因为an+1+1+an=bn,所以bn=an+1+an+1=eq \f(1,n+1)+eq \f(1,n)+1>eq \f(4,3),所以n2-5n-3<0.因为n>0,所以0<n<eq \f(5+\r(37),2).因为n∈N+,所以n的最大值为5.
eq \f(1,2)
解 设数列{an}的公差为d,
∵a15=33,a61=217,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+14d=33,,a1+60d=217,))
解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=-23,,d=4,))
∴an=a1+(n-1)d=-23+4(n-1)=4n-27.
令an=153,则4n-27=153⇒n=45,
∴153是该数列的第45项.
解析 由x1+x2=-6,知x1,x2的等差中项为eq \f(x1+x2,2)=-3.
5.(多选)在数列{an}中,若aeq \o\al(2,n)-aeq \o\al(2,n-1)=p(n≥2,n∈N+,p为常数),则{an}称为“等方差数列”.下列对“等方差数列”的判断,正确的是( )
A.若数列{an}是等方差数列,则数列{aeq \o\al(2,n)}是等差数列
B.若数列{an}是等方差数列,则数列{aeq \o\al(2,n)}也是等方差数列
C.数列{(-1)n}是等方差数列
D.若数列{an}是等方差数列,则数列{akn}(k∈N+,k为常数)也是等方差数列
解析 对于A,由{an}是等方差数列可得aeq \o\al(2,n)-aeq \o\al(2,n-1)=p(n≥2,n∈N+,p为常数),即有{aeq \o\al(2,n)}是首项为aeq \o\al(2,1),公差为p的等差数列,故A正确;对于B,例如:数列{eq \r(n)}是等方差数列,但是数列{n}不是等方差数列,所以B不正确;对于C,数列{(-1)n}中,aeq \o\al(2,n)-aeq \o\al(2,n-1)=[(-1)n]2-[(-1)n-1]2=0(n≥2,n∈N+),所以数列{(-1)n}是等方差数列,故C正确; 对于D, 数列{an}中的项列举出来是a1,a2,…,ak,…,a2k,…,数列{akn}中的项列举出来是ak,a2k,a3k,….∵aeq \o\al(2,kn+k)-aeq \o\al(2,kn+k-1)=aeq \o\al(2,kn+k-1)-aeq \o\al(2,kn+k-2)=…=aeq \o\al(2,kn+1)-aeq \o\al(2,kn)=p,∴aeq \o\al(2,kn+k)-aeq \o\al(2,kn)=(aeq \o\al(2,kn+k)-aeq \o\al(2,kn+k-1))+(aeq \o\al(2,kn+k-1)-aeq \o\al(2,kn+k-2))+…+(aeq \o\al(2,kn+1)-aeq \o\al(2,kn))=kp,∴aeq \o\al(2,k(n+1))-aeq \o\al(2,kn)=kp,所以数列{akn}是等方差数列,故D正确.故选ACD.
解析 ∵2an+1=2an+1,∴an+1-an=eq \f(1,2).故{an}是首项为2,公差为eq \f(1,2)的等差数列.∴a2025=a1+2024d=2+2024×eq \f(1,2)=1014.
解析 依题意可知eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a-1+2a+3=2(a+1),,a+1+2b-3=2(2a+3),))
解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=0,,b=4.))
8.在数列{an}中,已知a1=2,an+1=eq \f(an,3an+1)(n∈N+),则a2=_____,an=________.
解析 ∵a1=2,an+1=eq \f(an,3an+1)(n∈N+),∴a2=eq \f(a1,3a1+1)=eq \f(2,3×2+1)=eq \f(2,7).由an+1=eq \f(an,3an+1)(n∈N+),取倒数得eq \f(1,an+1)=eq \f(3an+1,an)=3+eq \f(1,an),得eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=3,即数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))是首项为eq \f(1,2),公差为3的等差数列,∴eq \f(1,an)=eq \f(1,2)+3(n-1)=eq \f(6n-5,2),∴an=eq \f(2,6n-5),n∈N+.
eq \f(2,7)
eq \f(2,6n-5)
三、解答题
9.已知eq \f(1,a),eq \f(1,b),eq \f(1,c)成等差数列,且a+c,a-c,a+c-2b均为正数,求证:lg (a+c),lg (a-c),lg (a+c-2b)成等差数列.
证明 ∵eq \f(1,a),eq \f(1,b),eq \f(1,c)成等差数列,∴eq \f(2,b)=eq \f(1,a)+eq \f(1,c),
∴eq \f(2,b)=eq \f(a+c,ac),即2ac=b(a+c).
(a+c)(a+c-2b)=(a+c)2-2b(a+c)=(a+c)2-2×2ac=a2+c2+2ac-4ac=(a-c)2.
∵a+c,a-c,a+c-2b均为正数,上式左右两边同时取对数,
得lg [(a+c)(a+c-2b)]=lg (a-c)2,
即lg (a+c)+lg (a+c-2b)=2lg (a-c),
∴lg (a+c),lg (a-c),lg (a+c-2b)成等差数列.
10.已知数列{an}满足a1=eq \f(1,5),且当n>1,n∈N+时,有eq \f(an-1,an)=eq \f(2an-1+1,1-2an),设bn=eq \f(1,an),n∈N+.
(1)求证:数列{bn}为等差数列;
(2)试问a1a2是否是数列{an}中的项?如果是,是第几项; 如果不是,请说明理由.
解 (1)证明:当n>1,n∈N+时,eq \f(an-1,an)=eq \f(2an-1+1,1-2an)⇔eq \f(1-2an,an)=eq \f(2an-1+1,an-1)⇔eq \f(1,an)-2=2+eq \f(1,an-1)⇔eq \f(1,an)-eq \f(1,an-1)=4⇔bn-bn-1=4,且b1=eq \f(1,a1)=5.
∴数列{bn}是等差数列,且公差为4,首项为5.
(2)由(1)知bn=b1+(n-1)d=5+4(n-1)=4n+1.
∴an=eq \f(1,bn)=eq \f(1,4n+1),n∈N+.
∴a2=eq \f(1,9),∴a1a2=eq \f(1,45).
令an=eq \f(1,4n+1)=eq \f(1,45),得n=11,即a1a2=a11,
∴a1a2是数列{an}中的项,是第11项.
解 (1)当n=1时,a1=2-2a1,a1=eq \f(2,3).
当n≥2时,a1a2…an=2-2an,a1a2…an-1=2-2an-1,
两式相除得an=eq \f(1-an,1-an-1)(n≥2),
整理为eq \f(1,1-an-1)=eq \f(an,1-an)=eq \f(1,1-an)-1(n≥2),即eq \f(1,1-an)-eq \f(1,1-an-1)=1(n≥2),
∴eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,1-an)))是公差为1的等差数列.
1.已知数列{an}满足a1a2…an=2-2an,n∈N+.
(1)求a1的值,并证明数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,1-an)))是等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式并证明eq \f(2,3)≤an<1.
(2)由(1)得eq \f(1,1-an)=n+2,
整理得an=eq \f(n+1,n+2)(n∈N+).
∵an=eq \f(n+1,n+2)=1-eq \f(1,n+2)<1,
又{an}单调递增,
∴an≥a1=eq \f(2,3).
∴eq \f(2,3)≤an<1.
2.已知数列{an}中,a1=eq \f(3,5),an=2-eq \f(1,an-1)(n≥2,n∈N+),数列{bn}满足bn=eq \f(1,an-1)(n∈N+).
(1)求证:数列{bn}是等差数列;
(2)求数列{an}中的最大值和最小值,并说明理由.
解 (1)证明:∵an=2-eq \f(1,an-1)(n≥2且n∈N+),bn=eq \f(1,an-1),
∴当n≥2时,bn-bn-1=eq \f(1,an-1)-eq \f(1,an-1-1)
=eq \f(1,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2-\f(1,an-1)))-1)-eq \f(1,an-1-1)
=eq \f(an-1,an-1-1)-eq \f(1,an-1-1)=1,
又b1=eq \f(1,a1-1)=-eq \f(5,2).
∴数列{bn}是以-eq \f(5,2)为首项,1为公差的等差数列.
(2)由(1)知,bn=n-eq \f(7,2),
则an=1+eq \f(1,bn)=1+eq \f(2,2n-7),
设函数f(x)=1+eq \f(2,2x-7),易知f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-∞,\f(7,2)))和eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7,2),+∞))上为减函数.
∴当n=3时,an取得最小值-1;
当n=4时,an取得最大值3.
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