内容正文:
章末综合提升
第四章 数列
大概念 思维导图
1
提素能 分层突破
2
教考衔接 明考向
3
内容索引
单元检测卷
4
大概念 思维导图
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提素能 分层突破
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探究点一 等差、等比数列的基本运算
例1
√
√
已知等差数列{an}前n项和为Sn,且满足a2n=2an+2,S6=5S3.
(1)求a9的值;
解:设等差数列{an}的首项为a1,公差为d,
例2
所以a9=a1+8d=16.
(2)设x为a2,a5的等比中项,数列{bn}是以a2,x,a5为前三项的等比数列,试求数列{bn}的通项bn及前n项和Tn的表达式.
解:由(1)可知,a2=2,a5=8,
因为x是a2,a5的等比中项,
所以有x2=2×8=16,即x=±4.
当x=4时,数列{bn}是前三项依次为2,4,8的等比数列,
其首项为2,公比为2,故有bn=2×2n-1=2n,
当x=-4时,数列{bn}是前三项依次为2,-4,8的等比数列,
其首项为2,公比为-2,
故有bn=2·(-2)n-1=(-1)n-1·2n,
规律方法
在等差数列和等比数列的通项公式an与前n项和公式Sn中,共涉及五个量:a1,an,n,d或q,Sn,其中a1和d或q为基本量,“知三求二”是指将已知条件转换成关于a1,d或q,an,Sn,n的方程组,利用方程的思想求出需要的量,当然在求解中若能运用等差(比)数列的性质会更好,这样可以化繁为简,减少运算量,同时还要注意整体代入思想方法的运用.
对点练1.(2024·山东青岛高二期中)已知Sn是等比数列{an}的前n项和,S4,S2,S3成等差数列,且a2+a3+a4=-18.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:设等比数列{an}的公比为q,显然q≠1.
故数列{an}的通项公式为an=3×(-2)n-1.
(2)是否存在正整数n,使得Sn≥2 024?若存在,求出符合条件的所有n的集合;若不存在,说明理由.
若存在n,使得Sn≥2 024,则1-(-2)n≥2 024,即(-2)n≤-2 023.
当n为偶数时,(-2)n>0,上式不成立;
当n为奇数时,(-2)n=-2n≤-2 023,即2n≥2 023,则n≥11.
综上,存在符合条件的正整数n,且n的集合为{n|n=2k+1,k∈N,k≥5}.
探究点二 等差、等比数列的判定与证明
(多选)已知Sn是公比为q的正项等比数列{an}的前n项和,若a1+a2=3,a2a4=16,则下列说法正确的是
A.q=2
B.数列{Sn+1}是等比数列
C.S8=255
D.数列{lg an}是公差为2的等差数列
例3
√
√
√
根据题意,设等比数列{an}的公比为q(q>0),对于A,若a1+a2=3,a2a4=16,则a3=4,a1q2=4,解得a1=1,q=2,故A正确;对于B,由a1=1,q=2,故Sn= =2n-1,则有Sn+1=2n,故数列{Sn+1}是公比为2的等比数列,故B正确;对于C,由Sn=2n-1,则S8=28-1=255,故C正确;对于D,由a1=1,q=2,则an=2n-1,故lg an=(n-1)lg 2,数列{lg an}是公差为lg 2的等差数列,故D错误.故选ABC.
例4
即an=12×32×72×…×(2n-1-1)2,
而此时n=1时,a1=(21-1-1)2=0,不满足上式,
规律方法
判定一个数列是等差或等比数列的方法
定义法 an+1-an=d(常数)⇔{an}是等差数列
=q(非零常数)⇔{an}是等比数列
中项公
式法 2an+1=an+an+2(n∈N+)⇔{an}是等差数列
a =anan+2(an+1anan+2≠0)⇔{an}是等比数列
通项
公式法 an=pn+q(p,q为常数)⇔{an}是等差数列
an=cqn(c,q均为非零常数)⇔{an}是等比数列
前n项
和公式 Sn=An2+Bn(A,B为常数)⇔{an}是等差数列
Sn=kqn-k(k为常数,且q≠0,k≠0,q≠1)⇔{an}是等比数列
对点练2.(2024·辽宁丹东期末)设数列{an}的前n项和是Sn,数列{Sn}的前n项积是Tn,Sn+Tn=1.
(1)证明:数列 是等差数列;
解:证明:由题可得,当n=1时,T1=S1,
因为Sn+Tn=1,所以S1+T1=1,解得T1= .
当n=44时,n(n+1)=1 980,当n=45时,n(n+1)=2 070,因为2 024-
1 980=44,2 070-2 024=46,
探究点三 等差、等比数列的性质及应用
(1)(多选)等差数列{an}的公差为d,前n项和为Sn,当首项a1和d变化时,a3+a8+a13是一个定值,则下列各数也为定值的有
A.a7 B.a8
C.S15 D.S16
例5
√
√
(2)(多选)设等比数列{an}的公比为q,其前n项和为Sn,前n项积为Tn,并满足条件a1>1,a2 023a2 024>1, <0,下列结论正确的是
A.S2 023<S2 024
B.a2 023a2 025-1<0
C.T2 024是数列{Tn}中的最大值
D.数列{Tn}无最大值
√
√
规律方法
等差、等比数列的性质
1.项的性质:如下标和相等性质,利用此性质可以在有关基本量的计算时达到简化运算的目的.
2.前n项和的性质、奇偶项和性质、函数特性等,利用这些性质能够快速解决数列中的选择、填空题.
√
√
(2)已知等比数列{an}的各项均为正数,且a1a5=4,则log2a1+log2a2+log2a3+log2a4+log2a5=_____.
5
探究点四 数列的综合应用
角度1 数列中的有关函数思想
已知首项为的等比数列{an}不是递减数列,其前n项和为Sn,且S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:设等比数列{an}的公比为q,
因为S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列,
所以S5+a5-S3-a3=S4+a4-S5-a5,
即4a5=a3,于是q2=
又{an}不是递减数列,且a1= >0,
所以q=- ,
故等比数列{an}的通项公式为an=
例6
所以当n为奇数时,Sn随n的增大而减小,
当n为偶数时,Sn随n的增大而增大,
规律方法
函数思想在数列问题中的应用
数列本身就是一种特殊的函数,在解决数列中的最大(小)值、单调性、周期性等问题时常需要构造函数,利用求函数最值的方法解决问题(注意数列中n为正整数的条件).
对点练4. (1)已知数列{an}满足an+1= ,若a1= ,则a2 024=
A.-1 B.
C.1 D.2
√
√
角度2 数列中的有关不等式问题
已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=- ,且4Sn+1=3Sn-9(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
解:因为4Sn+1=3Sn-9,
所以当n≥2时,4Sn=3Sn-1-9,
例7
(2)设数列{bn}满足3bn+(n-4)an=0(n∈N*),记{bn}的前n项和为Tn.若Tn≤λbn对任意n∈N*恒成立,求实数λ的取值范围.
解:因为3bn+(n-4)an=0,
即-3n≤λ(n-4)恒成立,
当n=4时,-12≤0恒成立;
所以-3≤λ≤1.
规律方法
数列不等式主要考查恒成立(或有解)问题以及证明不等式,通常用放缩法求解.用放缩法解决数列不等式问题通常有两条途径:一是具备求和条件的数列不等式,则先求和再放缩,此类问题本质上是数列求和问题;二是不具备求和条件的数列不等式,则先放缩再求和,此时放缩有两个方向:
1.放缩后成等比数列.
2.放缩后可以裂项相消的数列.
对点练5.(2024·四川绵阳高二期中)某少数民族的刺绣有着悠久的历史,图①,②,③,④为他们刺绣的四个简单图案,这些图案都由小正方形构成,小正方形数越多刺绣越漂亮,按同样的规律刺绣(小正方形的摆放规律相同),设第n个图形包含f(n)个小正方形.
(1)求出f(n)的表达式;
解:根据题意,f(2)-f(1)=4=4×1,
f(3)-f(2)=8=4×2,
f(4)-f(3)=12=4×3,
f(5)-f(4)=16=4×4,
…
由此类推得f(n+1)-f(n)=4n(n∈N*).
当n≥2且n∈N*时,f(n)=f(1)+[f(2)-f(1)]+[f(3)-f(2)]+…+[f(n)-f(n-1)]=1+4+4×2+…+4(n-1)=1+ =2n2-2n+1.
又f(1)=1也满足f(n)=2n2-2n+1,
故对任意的n∈N*,f(n)=2n2-2n+1.
角度3 数列中的有关实际应用问题
(2024·浙江宁波高二期末)甲、乙两大超市同时开业,第一年的全年销售额均为1千万元,由于管理经营方式不同,甲超市前n年的总销售额为
千万元,乙超市第n年的销售额比前一年的销售额多 千万元.
(1)分别求甲、乙超市第n年销售额的表达式;
解:设甲、乙超市第n年销售额分别为an千万元、bn千万元,
例8
(2)若其中一家超市的年销售额不足另一家超市的年销售额的50%,则该超市将被另一超市收购,判断哪一超市有可能被收购,如果有这种情况,至少会出现在第几年?
解:甲超市不可能被乙超市收购,乙超市将被甲超市收购,理由如下:
①因为bn<3,a1=b1,
当n≥2时,an≥a2= bn,
所以甲超市不可能被乙超市收购;
综上,至少第6年时乙超市将被甲超市收购.
规律方法
数学建模是对现实问题进行数学抽象,用数学语言表达问题、用数学知识与方法构建模型解决问题的过程.本章内容主要体现在用数列模型来解决实际问题.根据题意抽象出等差或等比数列模型,然后分析清楚是求通项、项数、还是求和;另外,需注意数列项数的确定,尤其是涉及到与年份、月份有关的问题,要确定好起始年份、月份等.
对点练6.治理垃圾是S市改善环境的重要举措.去年S市产生的垃圾量为200万吨,通过扩大宣传、环保处理等一系列措施,预计从今年开始,连续5年,每年的垃圾排放量比上一年减少20万吨,从第6年开始,每年的垃圾排放量为上一年的75%.
(1)写出S市从今年开始的年垃圾排放量与治理年数n(n∈N+)的表达式;
解:设治理n年后,S市的年垃圾排放量构成数列{an}.
当n≤5时,{an}是首项为a1=200-20=180,公差为-20的等差数列,
所以an=a1+(n-1)d=180-20(n-1)=200-20n;
当n≥6时,数列{an}是以a6=100×75%=75为首项,公比为 的等比数列,所以an=a6qn-6=75× ,
所以治理n年后,S市的年垃圾排放量的表达式为an=
(2)设An为从今年开始n年内的年平均垃圾排放量.如果年平均垃圾排放量呈逐年下降趋势,则认为现有的治理措施是有效的;否则,认为无效,试判断现有的治理措施是否有效,并说明理由.
由(1)知,当1≤n≤5时,an=200-20n,所以{an}为递减数列,
于是an+1-a1<0,an+1-a2<0,…,an+1-an<0,因此An+1-An<0,所以数列{An}为递减数列,即年平均垃圾排放量呈逐年下降趋势,故认为现有的治理措施是有效的.
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(2021·新高考Ⅱ卷)记Sn是公差不为0的等差数列{an}的前n项和,若a3=S5,a2a4=S4.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:设等差数列{an}的公差为d(d≠0),
真题
1
(2)求使Sn>an成立的n的最小值.
解:Sn= =n2-5n,
则由n2-5n>2n-6,整理得n2-7n+6>0,解得n<1,或n>6.
因为n∈N*,所以使Sn>an成立的n的最小值为7.
(2022·全国甲卷)记Sn为数列{an}的前n项和.已知 +n=2an+1.
(1)证明:{an}是等差数列;
解:证明:因为 +n=2an+1,即2Sn+n2=2nan+n ①,
当n≥2时,2Sn-1+(n-1)2=2(n-1)an-1+(n-1) ②,
①-②得,2Sn+n2-2Sn-1-(n-1)2=2nan+n-2(n-1)an-1-(n-1),
即2an+2n-1=2nan-2(n-1)an-1+1,
即2(n-1)an-2(n-1)an-1=2(n-1),
所以an-an-1=1,n≥2且n∈N*,
所以{an}是以1为公差的等差数列.
真题
2
(2)若a4,a7,a9成等比数列,求Sn的最小值.
解:由(1)可得d=1,所以a4=a1+3,a7=a1+6,a9=a1+8,
又a4,a7,a9成等比数列,所以a=a4·a9,
即(a1+6)2=(a1+3)·(a1+8),解得a1=-12,
所以Sn=-12n+
所以当n=12,或n=13时,(Sn)min=-78.
(2023·新课标Ⅰ卷)设等差数列{an}的公差为d,且d>1.令bn= ,记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的前n项和.
(1)若3a2=3a1+a3,S3+T3=21,求{an}的通项公式;
解:因为3a2=3a1+a3,所以3d=a1+2d,
解得a1=d,
所以S3=3a2=3(a1+d)=6d,
又T3=b1+b2+b3=
所以S3+T3=6d+ =21,
即2d2-7d+3=0,解得d=3,或d= (舍去),
所以an=a1+(n-1)·d=3n.
真题
3
(2)若{bn}为等差数列,且S99-T99=99,求d.
解:因为{bn}为等差数列,
因为d >1,所以an>0,
解得a50=51,或a50=-50(舍去).
当a1=2d时,a50=a1+49d=51d=51,
解得d=1,与d >1矛盾,舍去;
当a1=d时,a50=a1+49d=50d=51,解得d= .
综上,d= .
(2023·新课标Ⅱ卷)已知{an}为等差数列,bn=
记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的前n项和,S4=32,T3=16.
(1)求{an}的通项公式;
解:设等差数列{an}的公差为d ,
而bn= k∈N*,
则b1=a1-6,b2=2a2=2a1+2d,b3=a3-6=a1+2d-6,
于是
解得a1=5,d=2,an=a1+(n-1)×d=2n+3,
所以数列{an}的通项公式是an=2n+3.
真题
4
(2)证明:当n>5时,Tn>Sn.
当n为偶数时,bn-1+bn=2(n-1)-3+4n+6=6n+1,
所以当n>5时,Tn>Sn.
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数列的分母5,7,9,…形成首项为5,公差为2的等差数列,则通项公式为5+(n-1)×2=2n+3,所以an= .故选C.
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2.设等差数列 的前n项和为Sn,若a2+a9=a3+8,则S15=
A.60 B.120
C.160 D.240
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3.记Sn为等比数列 的前n项和.若a5-a3=12,a6-a4=24,则 =
A.2n-1 B.2-21-n
C.2-2n-1 D.21-n-1
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观察可知,该数列的前面整数部分为奇数2n+1,后面分数部分正负相间,首项的分数部分为负,分母为2n,分子为2n-1,故该数列的一个通项公式可以为an=2n+1+(-1)n .故选D.
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5.在数列 中,a1=2,an+1=2an-1,若an>513,则n的最小值是
A.9 B.10
C.11 D.12
因为an+1=2an-1,所以an+1-1=2(an-1),即 =2,所以数列
是以1为首项,2为公比的等比数列.则an-1=2n-1,即an=2n-1+1.因为an>513,所以2n-1+1>513,所以2n-1>512,所以n>10,又n∈N*,所以n的最小值是11.故选C.
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6.假设你有一笔资金,现有三种投资方案,这三种方案的回报如下:
方案一:每天回报40元;
方案二:第一天回报10元,以后每天比前一天多回报10元;
方案三:第一天回报0.4元,以后每天的回报比前一天翻一番.
现打算投资10天,三种投资方案的总收益分别为A10,B10,C10,则
A.A10<B10<C10 B.A10<C10<B10
C.B10<A10<C10 D.C10<A10<B10
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7.数列{an}中,a1=2,am+n=aman,若ak+1+ak+2+…+ak+10=215-25,则k=
A. 2 B. 3
C. 4 D. 5
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8.若数列{an}的前n项和为Sn,bn= ,则称数列{bn}是数列{an}的“均值数列”.已知数列{bn}是数列{an}的“均值数列”且通项公式为bn=n,设数列 的前n项和为Tn,若Tn< m2-m-1对一切n∈N*恒成立,则实数m的取值范围为
A.(-1,3) B.[-1,3]
C.(-∞,-1)∪(3,+∞) D.(-∞,-1]∪[3,+∞)
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9.设数列 是以d为公差的等差数列,Sn是其前n项和,a1>0,且S6=S9,则下列结论正确的是
A.d<0
B.a8=0
C.S5>S6
D.S7或S8为Sn的最小值
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由S6=S9,得6a1+15d=9a1+36d,所以d=- a1<0,故A正确;a8=a1+7d=a1-a1=0,故B正确;S6-S5=a6=a1+5d= a1>0,所以S5<S6,故C错误;由a8=0,d<0,a1>0,可得S7或S8为Sn的最大值,故D错误.故选AB.
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10.计算机病毒危害很大,一直是计算机学家研究的对象.当计算机内某文件被病毒感染后,该病毒文件就不断地感染其他未被感染文件.计算机学家们研究的一个数字为计算机病毒传染指数C0,即一个病毒文件在一分钟内平均所传染的文件数,某计算机病毒的传染指数C0=2,若一台计算机有105个可能被感染的文件,如果该台计算机有一半以上文件被感染,则该计算机将处于瘫痪状态.该计算机现只有一个病毒文件,如果未经防毒和杀毒处理,则下列说法中正确的是
A.在第3分钟内,该计算机新感染了18个文件
B.经过5分钟,该计算机共有243个病毒文件
C.10分钟后,该计算机处于瘫痪状态
D.该计算机瘫痪前,每分钟内新被感染的文件数成公比为2的等比数列
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11.(2024·山东临沂高二期中)南宋数学家杨辉所著的《详解九章算法商功》中出现了如图所示的形状,后人称之为“三角垛”.“三角垛”最上层有1个球,第二层有3个球,第三层有6个球,……,以此类推.设从上到下各层球数构成一个数列 ,则下列结论正确的是
A.a4=9 B.an+1-an=n+1
C.a10=55 D.
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根据题意,可知从第二层起,某一层的球数比上一层的球数多的数量刚好是其层数,即an-an-1=n(n≥2),即an=an-1+n(n≥2),对于A,因为a3=6,所以a4=a3+4=10,故A错误;对于B,因为an-an-1=n(n≥2),所以an+1-an=n+1,故B正确;对于C,因为a2-a1=2,a3-a2=3,…,an-an-1=n,且a1=1,所以上述各式相加得,an=1+2+
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14.已知 是首项为1,公比为2的等比数列,数列 满足b1=a1,且bn=a1+a2+…+an-1+an+an-1+…+a2+a1(n≥2,n∈N*),若am+(bm-22)=2 024,则m的值为________.
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15.(13分)等差数 列满足a1+a2=10,a6-a4=4.
(1)求 的通项公式和前n项和Sn;(5分)
解:设等差数列 的公差为d,则2d=a6-a4=4,可得d=2,
所以a1+a2=2a1+d=2a1+2=10,解得a1=4,
则an=a1+(n-1)d=4+2(n-1)=2n+2.
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16.(15分)为了加强环保建设,提高社会效益和经济效益,某市计划用若干时间更换一万辆燃油型公交车.每更换一辆新车,就淘汰一辆旧车,更换的新车为电力型车和混合动力型车.今年初投入了电力型公交车128辆,混合动力型公交车400辆,计划以后电力型车每年的投入量比上一年增加50%,混合动力型车每年比上一年多投入a辆.设Sn,Tn分别为从今年起n年里投入的电力型公交车、混合动力型公交车的总数量.
(1)求Sn,Tn,并求从今年起n年里投入的所有新公交车的总数量Fn;(5分)
解:设从今年起每年投入的电力型车、混合动力型车的数量分别依次构成数列 , .
依题意知 是首项为128,公比为 的等比数列, 是首项为400,公差为a的等差数列,
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(2)该市计划用7年的时间完成全部更换,求a的最小值.(10分)
解:因为Sn,Tn均随着n的增加而增加,
所以Fn也随着n的增加而增加,所以F7≥10 000,
又a∈N*,所以a的最小值为147.
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(2) 若________,求数列 的前n项和Tn.
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当n=2k-1,k∈N*时,Tn=Tn-1+bn=n-1-2n=-n-1;
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18.(17分)设{an}是首项为1的等比数列,数列{bn}满足bn= .已知a1,3a2,9a3成等差数列.
(1)求{an}和{bn}的通项公式;(7分)
解:设{an}的公比为q,则an=qn-1.
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当n=1时,上式也成立,
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(2)证明数列 为等差数列.(5分)
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(3)令cn=2 bn-3,问是否存在正整数m,k,使得cm,cm+5,ck成等比数列?若存在,求出m,k的值,若不存在,说明理由.(9分)
解:因为cn=2 bn-3=2(n+1)-3=2n-1,
所以cm=2m-1,cm+5=2(m+5)-1=2m+9,ck=2k-1,
因此存在正整数m,k,使得cm,cm+5,ck成等比数列
⇔(2m+9)2=(2m-1)(2k-1)
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因为m,k都是正整数,则2m-1=1,5,25,
即m=1,3,13时,对应的k=61,23,25.
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第
四
章
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列
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(多选)(2024·黑龙江哈尔滨期中)已知等差数列的前n项和为Sn,a1=1,a2=3,bn=22an,的前n项和为Tn,则下列说法正确的是
A.数列的公差为2
B.Sn=n2
C.数列是公比为4的等比数列
D.Tn=
(2024·广东广州高二检测)已知正项数列满足-=2an+1,且a1=a2=1,设bn=.
(1)求证:数列为等比数列,并求的通项公式;
所以an=
所以==2,
所以Pn=2=2=2=4-.
(2)数列中的第几项最接近2 024?
由等比数列的性质知a1a5=a2a4=a=4⇒a3=2,所以log2a1+log2a2+log2a3+log2a4+log2a5=log2(a1a2a3a4a5)=log2a=5log22=5.
=.
×=(-1)n-1·.
解:由(1)得,Sn==1-=(n∈N*).
f (x)=为减函数.
(2)(2024·福建龙岩月考)若数列{an},{bn}的通项公式分别为an=(-1)n+2 024a,bn=3+,且an<bn对任意n∈N*都成立,则实数a的取值范围为
A.[-3,1) B.
C. D.[-2,2)
(2)求证:当n≥2时,+++…+<.
n-1
b1=1,n≥2时,bn-bn-1=n-1,
>
=
=n2-n=-,n∈N*,
++=,
法二:由(1)知,Sn==n2+4n,bn=k∈N*,
当n为偶数时,Tn=(b1+b3+…+bn-1)+(b2+b4+…+bn)=·+·=n2+n,
当n为奇数时,若n≥3,则Tn=(b1+b3+…+bn)+(b2+b4+…+bn-1)=·+·=n2+n-5,显然T1=b1=-1满足上式,
设第n+1分钟之内新感染的文件数为an+1,前n分钟内新感染的病毒文件数之和为Sn,则an+1=2(Sn+1),且a1=2,由an+1=2(Sn+1)可得an=2(Sn-1+1),两式相减得an+1-an=2an,所以an+1=3an,所以每分钟内新感染的病毒构成以a1=2为首项,3为公比的等比数列,所以an=2×3n-1,在第3分钟内,该计算机新感染了a3=2×33-1=18个文件,故A正确;经过5分钟,该计算机共有1+a1+a2+a3+a4+a5=1+=35=243个病毒文件,故B正确;
10分钟后,计算机感染病毒的总数为1+a1+a2+…+a10=1+=310>×105,所以计算机处于瘫痪状态,故C正确;该计算机瘫痪前,每分钟内新被感染的文件数成公比为3的等比数列,故D不正确.故选ABC.
=
-
选②:因为bn==(-1)n·2n,则有:
所以Tn===.
所以bn=(n+1)=(n+1),
$$