内容正文:
4.1.1 数列的概念与表示
第四章 4.1 数列的概念
知识层面
1.借助实例了解数列的概念及数列的分类;了解数列的表示方法 (列表、图象、通项公式);了解数列是一种特殊函数.
2.理解数列通项公式的概念及其应用.
素养层面
在学习数列概念的过程中,提升数学抽象、直观想象的素养;通过对数列通项公式的学习,增强逻辑推理、数学运算的素养.
知识点一 数列的概念与分类
1
知识点二 数列的表示
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课时测评
5
综合应用
3
内容索引
随堂演练
4
知识点一 数列的概念与分类
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问题1.观察以下几列数:
(1)古埃及“阿默斯”画了一个阶梯,上面的数字依次为:7,49,343,2 401,16 807;
(2)2023年杭州亚运会中国获得的奖牌总数、金牌、银牌、铜牌依次为:383,201,111,71;
(3)2 024,2 024,2 024,2 024,2 024;
(4)小明为了记住刚设置的手机密码,只听他不停地说:2,0,2,5,2,0,2,5,2,0,2,5…;
问题导思
提示:共同点:都是按照确定的顺序进行排列的.不同点:从项数上来看:(1)(2)(3)项数有限,(4)(5)项数无限;从项的变化上来看:(1)每一项在依次变大,(2)每一项在依次变小,(3)项没有发生变化,(4)项呈现周期性的变化,(5)项的大小交替变化.
1.数列的概念
(1)定义:一般地,我们把按照确定的______排列的一列数称为数列.
(2)项:数列中的__________叫做这个数列的项.数列的第一个位置上的数叫做这个数列的第1项,常用符号____表示,第二个位置上的数叫做这个数列的第2项,用____表示……第n个位置上的数叫做这个数列的第n项,用____表示.其中第1项也叫做______.
(3)数列的表示:数列的一般形式是a1,a2,…,an,…,简记为________.
新知构建
顺序
每一个数
a1
a2
an
首项
{an}
表示数列时不要漏写“{ }”,这里的小写字母a也可以换成其他小写英文字母.但不能将{an}视为一个集合,它只是数列的简单记法.
微提醒
2.数列的分类
分类标准 名称 含义
按项的
个数 有穷数列 项数______的数列
无穷数列 项数______的数列
按项的
变化
趋势 递增数列 从第2项起,每一项都______它的前一项的数列
递减数列 从第2项起,每一项都______它的前一项的数列
常数列 各项都______的数列
周期数列 项呈现周期性变化
摆动数列 从第2项起,有些项大于它的前一项,有些项小于它的前一项的数列
有限
无限
大于
小于
相等
(1)如果组成两个数列的数相同,但顺序不同,它们是相同的数列吗?
提示:它们不是相同的数列.
(2)若数列{an}满足a1<a2<a3,则数列一定是递增数列吗?
提示:不一定,因为只有部分项满足大小关系,不能确定数列的单调性.
微思考
(多选)下列说法中正确的是
A.数列1,0,-1,-2与-2,-1,0,1是相同的数列
B.数列 的第k项为1+
C.数列{an}与an是相同的
D.an=n2,数列{an}是递增数列
例1-1
对于A,两个数列中的数虽然相同,但顺序不同,不是相同的数列,故A错误;对于B,因为an= ,则ak= =1+ ,故B正确;对于C,数列{an}与an是不同的,{an}表示数列a1,a2,a3,…,an,…,而an表示数列{an}中的第n项,故C错误;对于D,由于an=n2满足an =n2<(n+1)2=an+1,故数列{an}是递增数列,故D正确.故选BD.
√
√
下列数列哪些是有穷数列?哪些是无穷数列?哪些是递增数列?哪些是递减数列?哪些是常数列?哪些是摆动数列?
(1)1,0.84,0.842,0.843,…;
(2)2,4,6,8,10,…;
(3)7,7,7,7,…;
(4) …;
(5)10,9,8,7,6,5,4,3,2,1;
(6)0,-1,2,-3,4,-5,…
解:(5)是有穷数列;(1)(2)(3)(4)(6)是无穷数列;(2)是递增数列;(1)(4)(5)是递减数列;(3)是常数列;(6)是摆动数列.
例1-2
规律方法
数列及其分类的判定方法
1.判断所给的对象是否为数列,关键看它们是不是按一定次序排列的数.
2.判断所给的数列是递增、递减、摆动还是常数列,要从项的变化趋势来分析,而有穷还是无穷数列,则看项的个数有限还是无限.
对点练1.下列数列哪些是有穷数列?哪些是无穷数列?哪些是递增数列?哪些是递减数列?哪些是常数列?哪些是周期数列?
(1)2 021,2 022,2 023,2 024,2 025;
(2)0, …;
(3)1, …;
(4)-, …;
(5)1,0,-1,…,sin ,…;
(6)9,9,9,9,9,9.
解:(1)(6)是有穷数列;(2)(3)(4)(5)是无穷数列;(1)(2)是递增数列;(3)是递减数列;(6)是常数列;(5)是周期数列.
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知识点二 数列的表示
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问题2.如果以序号n为自变量,以项an 为函数值,可以将数列看成函数吗?
提示:两者具有一一对应的关系,可以看作特殊的函数.
问题3.回顾函数的表示方法:列表、图象、解析法,数列可以用上面的方法表示吗?
提示:可以,但是对于解析式来说,数列不同于连续函数的表示,需要重新作定义.
问题导思
1.数列的通项公式
如果数列{an}的第n项an与它的_______之间的对应关系可以用一个式子来表示,那么这个式子叫做这个数列的通项公式.表达形式为:an=______.
新知构建
序号n
f(n)
2.数列与函数的关系
从函数的观点看,数列可以看作是特殊的函数,关系如表:
定义域 ____________(或它的有限子集{1,2,3,…,n})
解析式 数列的通项公式
值域 自变量从1开始,按照________________________时,对应的一列函数值构成
表示方法 (1)通项公式(解析法);(2)________;(3)________
正整数集N*
从小到大的顺序依次取值
列表法
图象法
所有数列都能写出它的通项公式吗?当数列确定后,它的通项公式唯一吗?你能否各举出1个例子?
提示:并不是所有数列都能写出通项公式,如π的近似值数列:3,3.1,3.14,3.141,3.141 5,3.141 59,….当数列确定后,它的通项公式也不一定唯一.如数列1,-1,1,-1,1,-1,…,可以用an
=也可以用an=(-1)n+1,
微思考
an= sin ,an=cos[(n-1)π]表示等.
(链教材P5例2)根据下列数列的前几项,写出数列的一个通项公式:
例2
(2)1,-3,5,-7,9,…;
解:数列各项的绝对值分别为1,3,5,7,9,…,是连续的正奇数,其通项公式为2n-1;考虑(-1)n+1具有转换符号的作用,所以数列的一个通项公式为an=(-1)n+1(2n-1).
(3)9,99,999,9 999,…;
解:各项加1后,分别变为10,100,1 000,10 000,…,此数列的通项公式为10n,可得原数列的一个通项公式为an=10n-1.
解:数列中每一项均由三部分组成,分母是从1开始的奇数列,其通项公式为2n-1;分子的前一部分是从2开始的自然数的平方,其通项公式为(n+1)2;分子的后一部分是减去一个自然数,其通项公式为n,综合得原
数列的一个通项公式为an= .
解:这个数列的前4项的绝对值都等于序号与序号加1的积的倒数,且奇数项为负,偶数项为正,所以它的一个通项公式是an=(-1)n· .
(6)4,0,4,0,4,0,….
解:由于该数列中,奇数项全部都是4,偶数项全部都是0,因此可用分
段函数的形式表示通项公式,即an= 又因为数列可改写为2+2,2-2,2+2,2-2,2+2,2-2,…,因此其通项公式又可表示为an=2+2×(-1)n+1.
规律方法
根据数列的前几项求通项公式的解题思路
1.先统一项的结构,如都化成分数、根式等.
2.分析结构中变化的部分与不变的部分,探索变化部分的规律与对 应序号间的函数解析式.
3.对于正负交替出现的情况,可先观察其绝对值,再用(-1)n或
(-1)n+1处理符号.
4.对于周期数列,可考虑拆成几个简单数列之和的形式,或者利用 周期函数,如三角函数等.
对点练2.根据下列数列的前几项,写出数列的一个通项公式:
(1)-3,0,3,6,9,…;
解:a1=-3+0×3,a2=-3+1×3,
a3=-3+2×3,a4=-3+3×3,….
所以an=-3+(n-1)×3=3n-6(n∈N*).
(2)3,5,9,17,33,…;
解:a1=2+1,a2=4+1=22+1,a3=8+1=23+1,a4=16+1=24+1,…,所以an=2n+1(n∈N*).
(3)0,2,0,2,0,2,…;
解:a1=1-1,a2=1+1,a3=1-1,a4=1+1,….
所以an=1+(-1)n(n∈N*).
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综合应用
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例3
应用一 数列通项公式的应用
已知数列{an}的通项公式为an=3n2-28n.
(1)写出此数列的第4项和第6项;
解: a4=3×42-28×4=-64,
a6=3×62-28×6=-60.
(2)-49是否是该数列的一项?如果是,应是哪一项?68是否是该数列的一项呢?
解:令3n2-28n=-49,解得n=7,或n= (舍去),
所以-49是该数列的第7项;
令3n2-28n=68,解得n=-2,或n= ,
均不合题意,所以68不是该数列的项.
(变结论)若本例中的条件不变.
(1)试写出该数列的第3项和第8项;
解:因为an=3n2-28n,
所以a3=3×32-28×3=-57,a8=3×82-28×8=-32.
(2)20是不是该数列的一项?若是,是哪一项?
解:令3n2-28n=20,
解得n=10,或n=- (舍去),
所以20是该数列的第10项.
变式探究
(3)数列{an}中有多少个负数项?
解:(由an=3n2-28n,得an<0,所以0<n< ,又因为n∈N*,解得n=1,2,3,4,5,6,7,8,9,即数列{an}有9个负数项.
规律方法
求项或判断某数是否为数列项的方法
代入法 如果已知数列的通项公式,那么只要将相应序号代入通项公式,就可以求出数列的相应项
解方程法 判断某数值是否为该数列的项,先假设它是数列中的项,然后列出方程.若方程的解为正整数,则是数列的一项;若方程无解或解不是正整数,则不是该数列中的项
对点练3.已知数列{an}的通项公式为an= ,n∈N*.
(1)求a10;
(2) 是不是这个数列中的项?
(3)这个数列中有多少项是整数?
解:易知an=1+ ,若an是整数,则n=1,2,3,6,
故这个数列中共有4项是整数.
(4)该数列中是否有等于项数的项?若有,求出该项;若没有,说明理由.
解得n=3,或n=-2(舍去).
故该数列中有等于项数的项,该项为a3=3.
应用二 数列的函数性质的应用
角度1 函数的单调性判断及应用
已知数列的通项公式为an=3n2-n(n∈N*),判断该数列的单调性.
例4
解:法一:(作差法)因为an=3n2-n,所以an+1=3(n+1)2-(n+1),
所以an+1-an=3(n+1)2-(n+1)-(3n2-n)=6n+2>0,
法二:(做商法)因为an=3n2-n,所以an+1=3(n+1)2-(n+1),
又易知an>0,即an+1>an,
所以数列 是递增数列.
法三:(图象法)令y=3x2-x,则函数的图象是开口向上的抛物线,其对称轴为直线x= ,
(变条件)若本例中的条件“an=3n2-n(n∈N*)”变为“an=n2+tn(n∈N*)”,若数列{an}为递增数列,则t的取值范围是____________.
由数列{an}为递增数列,得an+1>an,所以an+1-an>0,所以(n+1)2+t(n+1)-(n2+tn)>0,所以2n+1+t>0恒成立,即t>-(2n+1)恒成立,而n∈N*,所以t>-3,故t的取值范围是(-3,+∞).
(-3,+∞)
变式探究
角度2 数列的最大项与最小项问题
已知数列{an}的通项公式是an=n ,n∈N*.试问该数列有没有最大项?若有,求出最大项;若没有,请说明理由.
例5
当n<4时,an+1-an>0,即an+1>an;
当n=4时,an+1-an=0,即an+1=an;
当n>4时,an+1-an<0,即an+1<an.
则a1<a2<a3<a4=a5>a6>a7>…,
规律方法
1.判断数列单调性的方法
作差法 对于数列中的任意相邻的两项an+1,an,通过作差an+1-an,判断其与0的大小关系,即可判断数列的单调性
作商法 数列的各项非零且同号,对其数列中的任意相邻的两项an+1,an,通过作商 ,判断其与1的大小关系,即可判断数列的单调性
图象法 当an表达式与所学过的函数解析式相似时,可用函数的图象或复合函数判断单调性的方法来判断数列{an}的单调性
规律方法
2.判断数列的最大项与最小项的方法
(1)函数的单调性法:令an=f(n),通过研究f(n)的单调性来研究最大(小)项;
(2)不等式组法:先假设有最大(小)项.不妨设an最大,则满足
(n≥2),解不等式组便可得到n的取值范围,从而确定n的值;求最小项用不等式组 (n≥2)求得n的取值范围,从而确定n
的值.
对点练4.已知数列{an}的通项公式为an= ,则数列{an}为
A.递增数列 B.递减数列
C.常数列 D.无法确定
√
对点练5.已知数列{an}的通项公式是an=(n+1) ,n∈N*.试问该数列有没有最大项?若有,求出最大项和最大项的序号;若没有,请说明理由.
当n<9时,an+1-an>0,即an+1>an;
当n=9时,an+1-an=0,即an+1=an;
当n>9时,an+1-an<0,即an+1<an.
则a1<a2<a3<…<a9=a10且a10>a11>a12>…,
法二:假设数列{an}有最大项,且最大项为第n项,根据题意,令
解得9≤n≤10.
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课堂小结
知识 1.数列的概念与分类. 2.数列的表示.3.数列与函数的关系
方法 1.根据数列的前几项求通项公式:观察比较归纳法.2.求项或判断某数是否为数列的项:代入法、解方程法. 3.判断数列单调性:作差法、作商法、图象法.4.数列的最大项与最小项:函数的单调性法、不等式法
易错
误区 1.并非所有的数列都能写出它的通项公式. 2.并非所有的通项公式都唯一,如-1,1,-1,1,…,既可以写成an=(-1)n,也可以写成an=
随堂演练
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1.(2024·重庆永川高二检测)下面四个数列中,既是无穷数列又是递增数列的是
√
2.(多选)(2024·湖北武汉高二检测)下列说法不正确的是
A.数列2,4,6,8可表示为{2,4,6,8}
B.一个数列的任意两项均不可能相同
C.数列的通项可以有限,也可以无限
D.如果一个数列不是递增数列,那么它一定是递减数列
{2,4,6,8}表示一个集合,不是数列,故A不正确;常数列的任意两项都相同,故B不正确;由数列按项的多少分类可知,数列的通项可以有限,也可以无限,故C正确;常数列既不是递增数列,也不是递减数列,故D不正确.故选ABD.
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√
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法一:将n=1,2,3,4代入各选项验证易得答案.故选D.
4.已知数列{an}的通项公式an=4n-1,则它的第7项是________,a2 024-a2 023=________,199是数列的第________项.
a7=4×7-1=27,a2 024-a2 023=(4×2 024-1)-(4×2 023-1)=4.令4n-1=199,解得n=50.
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课时测评
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1.下列各项表示数列的是
A.△,○,☆,□
B.某种树木的分枝生长规律如图所示,树木第1年至第五年的分枝数
C.锐角三角形、直角三角形、钝角三角形
D.a+b,a-b,a·b,λa
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数列是指按照确定的顺序排列的一列数,而不能是图形、文字、向量等,只有B项符合.故选B.
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5.(多选)下列式子中不能作为数列1,0,1,0,1,0,1,0,…的通项公式的有
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对于A,当n=1时,a1=0,故错误;对于B,奇数项为1,偶数项为0,正确;对于C,当n=1时,a1= ,故错误;对于D,当n=1时,a1=0,故错误.故选ACD.
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6.(多选)满足下列条件的数列{an}(n∈N*)是递增数列的为
A.an= B.an=n2+n
C.an=1-2n D.an=2n+1
√
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an= ,a1=1,a2= ,不是递增数列,故A不符合题意;an=n2+n,当n≥2时,an-an-1=n2+n-(n-1)2-(n-1)=2n>0,是递增数列,故B符合题意;an=1-2n,当n≥2时,an-an-1=(1-2n)-[1-2(n-1)]=-2,不是递增数列,故C不符合题意;an=2n+1,函数y=2x+1为增函数,则an=2n+1是递增数列,故D符合题意.故选BD.
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7.已知数列{an}的通项公式为an=2 024-3n,则使an>0成立的正整数n的最大值为________.
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8.(开放题) (2024·江西南昌高二月考)已知数列{an}满足下列条件:①是无穷数列;②是递减数列;③每一项都是正数.写出一个符合条件的数列
{an}的通项公式:an=______________.
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9.给出下列命题:
①已知数列{an},an= ,则 是这个数列的第10项,且最大项为第1项;
③已知数列{an},an=kn-5,且a8=11,则a17=29;
④已知an+1=an+3,则数列{an}为递增数列.
其中正确命题的个数为________.
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10.(10分)写出下列各数列的一个通项公式:
(1)4,6,8,10,…;(3分)
解:各项是从4开始的偶数,所以an=2n+2,n∈N*.
解:每一项分子比分母少1,而分母可写成21,22,23,24,25,…,故所求数列的通项公式可写为an= ,n∈N*.
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解:通过观察,数列中的数正、负交替出现,且先负后正,则选择(-1)n.又第1项可改写成分数- ,则每一项的分母依次为3,5,7,9,…,可写成(2n+1)的形式.分子为3=1×3,8=2×4,15=3×5,24=4×6,…,可写成n(n+2)的形式.
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11.(原创题)正整数的排列规则如图所示,其中排在第i行第j列的数记为ai,j,例如a4,3=9,则a64,8等于
A.2 022 B.2 023
C.2 024 D.2 025
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12.(多选)(2024·山东潍坊月考)大衍数列来源于《乾坤谱》中对易传“大衍之数五十”的推论,主要用于解释中国传统文化中的太极衍生原理,数列中的每一项,都代表太极衍生过程中,曾经经历过的两仪数量总和,是中华传统文化中隐藏的世界数学史上第一道数列题其前10项依次是0,2,4,8,12,18,24,32,40,50,则下列说法正确的是
A.此数列的第20项是200
B.此数列的第19项是182
C.此数列的通项公式为an=
D.84不是此数列中的项
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13.(2024·陕西西安检测)设函数f(x)= 数列{an}满足an=f(n),n∈N*,且数列{an}是递增数列,则实数a的取值范围是________.
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14.(10分)(2024·安徽阜阳一中月考)已知数列{an}的通项公式为an=n2-5n+4.
(1)30是不是数列{an}中的项?70呢?(3分)
解:根据题意,an=n2-5n+4,
若an=n2-5n+4=30,即n2-5n-26=0,没有正整数解,则30不是数列{an}中的项.
若an=n2-5n+4=70,即n2-5n-66=0,
解得n=11,或n=-6(舍),则70是数列{an}中的第11项.
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(2)数列中有多少项是负数?(3分)
解:根据题意,an=n2-5n+4,由an=n2-5n+4<0,解得1<n<4,
又n∈N*,则n=2,或n=3,则数列中有2项是负数.
(3)当n为何值时,an有最小值?并求出这个最小值.(4分)
解:根据题意,an=n2-5n+4= 故当 n=2,或n=3时,an有最小值,其最小值为-2.
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15.(5分)(新情境)如图①所示是第七届国际数学教育大会(简称ICME-7)的会徽图案,会徽的主体图案是由如图②的一连串直角三角形演化而成的,其中OA1=A1A2=A2A3=…=A7A8=1,如果把图②中的直角三角形继续作下去,记OA1,OA2,…,OAn,…的长度构成数列{an},则此数列的通项公式为
A.an=n,n∈N* B.an= ,n∈N*
C.an= ,n∈N* D.an=n2,n∈N*
√
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谢 谢 观 看 !
第
四
章
数
列
返回
,,,,
,,…,,
,,…,,
,,-,,
解:数列的项有的是分数,有的是整数,可先将各项都统一成分数再观察,,,,,,…,所以它的一个通项公式为an=.
=
解:a1=-,a2=,a3=-,a4=,…,所以an=
(-1)n(n∈*).
解:a10==.
所以数列{an}有最大项,为第4项或第5项,且a4=a5==.
即解得4≤n≤5.
解:法一:an+1-an=(n+2)-(n+1)=,
故数列{an}有最大项,为第9项,或第10项,且a9=a10=10×.
即
3.数列,-,,-,…的通项公式可能是
A.an=(-1)n B.an=(-1)n-1
C.an=(-1)n D.an=(-1)n-1
因为函数y==,在x∈(0,)上单调递增,在(,+∞)上单调递减,所以当1≤n≤2时,数列递增,当n≥3时,数列递减,又a1=,结合an=,得a2=,a3=,所以该数列的最大项是.故选B.
(答案不唯一)
对于①中,令=,解得n=10,且数列{an}为递减数列,所以最大项为第1项,故①正确;对于②中,数列,,,,…的一个通项公式是an=,所以原数列的一个通项公式是an=(-1)n+1,故②正确;对于③中,由an=kn-5,且a8=11,即8k-5=11,解得k=2,所以an=2n-5,所以a17=29,故③正确;对于④中,由an+1=an+3,得an+1-an=3>0,即an+1>an,所以数列{an}为递增数列,故④正确.综上,正确命题的个数为4.
根据题意,第1行第1列的数为1,此时a1,1=
+1=1,第2行第1列的数为2,此时a2,1=+1
=2,第3行第1列的数为4,此时a3,1=+1=4,据此分析可得:第64行第1列的数为a64,1=+1=2 017,则a64,8=2 024.故选C.
结合函数的单调性,要使数列{an}递增,则应有解得2<a<3.
-,
解:令<an<,即<<,则解得<n<.又n∈N*,
$$