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章末检测卷(一) 数列
谢谢观看!
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≠0,1)⇔{an}是等比数列
[训练1] 已知数列{an}的前n项和为Sn,且an+Sn=n.
(1)设cn=an-1,求证:{cn}是等比数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明:∵an+Sn=n, ①
∴an+1+Sn+1=n+1. ②
②-①得an+1-an+an+1=1,
∴2an+1=an+1.∴2(an+1-1)=an-1.
∴=.
∵首项c1=a1-1,a1+a1=1,∴a1=,c1=-.
故数列{cn}是首项为-、公比为的等比数列.
(2)解:由(1)知,cn=-×()n-1=-()n,
∴an=1-()n.
[训练2] 已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,an≠0,anan+1=λSn-1,其中λ为常数.
(1)求证:an+2-an=λ;
(2)是否存在λ,使得{an}为等差数列?并说明理由.
(1)证明:由题设知,anan+1=λSn-1,an+1an+2=λSn+1-1,
两式相减得an+1(an+2-an)=λan+1,
因为an+1≠0,所以an+2-an=λ.
(2)解:存在λ=4满足题意.理由如下:
由题设知,a1=1,a1a2=λS1-1,可得a2=λ-1.
由(1)知,a3=λ+1.
令2a2=a1+a3,解得λ=4,故an+2-an=4.
所以数列{a2n-1}是首项为1、公差为4的等差数列,a2n-1=4n-3;
同理,数列{a2n}是首项为3、公差为4的等差数列,a2n=4n-1.
综上可得an=2n-1,an+1-an=2,因此存在λ=4,使得数列{an}为等差数列.
数列的通项公式是数列的重要内容之一,它把数列各项的性质集于一身.常用的求通项的方法有观察法、公式法、累加法、累乘法、前n项和作差法、辅助数列法.
1.观察法
就是观察数列的特征,横向看各项之间的关系结构,纵向看各项与项数n的内在联系,从而归纳出数列的通项公式.
[训练3] 数列1,3,5,7,…的通项公式为( )
A.an=(2n-1)· B.an=(2n-1)+
C.an=(2n+1)+ D.an=
B
解析:∵1=1+,3=3+,5=5+,…,
∴an=(2n-1)+.
2.公式法
等差数列与等比数列是两种常见且重要的数列,所谓公式法就是先分析后项与前项的差或比是否符合等差、等比数列的定义,然后用等差、等比数列的通项公式表示它.
[训练4] 已知数列{an}为无穷数列,若an-1+an+1=2an(n≥2且n∈N+),且a2=4,a6=8,求通项an.
解:∵an-1+an+1=2an,∴an-1,an,an+1成等差数列.
又∵n≥2且n∈N+,∴数列{an}为等差数列.
设数列{an}的首项为a1,公差为d.
由可得∴通项an=3+(n-1)×1=n+2.
3.累加法与累乘法
(1)累加法:数列的基本形式为an+1-an=f(n)(n∈N+)的解析式,而f(1)+f(2)+…+f(n)的和可求出.
(2)累乘法:数列的基本形式为=f(n)(n∈N+)的解析式,而f(1)·f(2)·…·f(n)的积可求出.
解:∵a2-a1=3-1=2,
a3-a2=7-3=4,
a4-a3=13-7=6,
…
an-an-1=2(n-1)(n≥2).
以上n-1个等式左右两边分别相加,得
an-a1=2×[1+2+3+…+(n-1)]=(n-1)n,
∴an=n2-n+1(n≥2),且n=1时,a1=1适合上式.
∴an=n2-n+1.
[训练6] 在数列{an}中,a1=2,an+1=an,求通项an.
解:∵a1=2,an+1=an,
∴=,=,…,=(n≥2).
以上n-1个等式左右两边分别相乘得=n·2n-1,
∴an=n·2n(n≥2),且n=1时,a1=2适合上式.
∴an=n·2n.
4.利用an与Sn的关系
前n项和关系式有两种形式:一种是Sn与n的关系式,记为Sn=f(n),它可由公式an=直接求出通项an,但要注意n=1与n≥2两种情况能否统一;另一种是Sn与an的关系式,记为f(an,Sn)=0,求它的通项公式an.
[训练7] 已知数列{an}的前n项和为Sn,且an=5Sn-3,求数列{an}的通项公式.
解:当n=1时,∵a1=5a1-3,∴a1=.
当n≥2时,∵an=5Sn-3,∴an-1=5Sn-1-3.
∴an-an-1=5(Sn-Sn-1),
即an-an-1=5an,=-.
∴{an}是首项a1=、公比q=-的等比数列.
∴an=a1qn-1=×(-)n-1(n∈N+).
5.构造法
有些数列直观上不符合以上各种形式,这时,可对其结构进行适当变形,以利于使用以上各类方法.
形如已知a1,an+1=pan+q(p,q为常数)形式均可用构造等比数列法,即an+1+x=p(an+x),{an+x}为等比数列,或an+2-an+1=p(an+1-an),{an+1-an}为等比数列.
[训练8] 设数列{an}是首项为1的正项数列,且an+1-an+an+1an=0(n∈N+),求{an}的通项公式.
解:∵an+1-an+an+1an=0,
∴-=1.
又=1,∴是首项为1,公差为1的等差数列.
∴=n.∴an=.
[训练9] 若数列{an}满足a1=1,an+1=an+1,求an.
解:方法一 ∵an+1=an+1,∴an+2=an+1+1.
两式相减得an+2-an+1=(an+1-an),
令bn=an+1-an(n=1,2,3,…),得
b1=a2-a1=-1=,
bn+1=bn,
∴数列{bn}是首项为,公比为的等比数列.
∴an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)
=a1+b1+b2+…+bn-1
=1+=2-()n-1.
方法二 设an+1-A=(an-A),则an+1=an-A+A.
根据an+1=an+1可得-A+A=1,即A=2,
∴an+1-2=(an-2).
令bn=an-2,得b1=a1-2=-1,bn+1=bn,
∴数列{bn}是首项为-1,公比为的等比数列.
∵bn=b1·qn-1=(-1)·()n-1,
∴an=2+bn=2-()n-1.
数列求和的常用方法
1.公式法.
2.分组求和法:将数列通项变形后,每一项拆成两项或多项,重新分组,将一般数列求和化归为特殊数列求和.
3.倒序求和法.
4.错位相减求和法.
5.裂项相消法:把数列的通项拆成两项之差,在求和时,中间的一些项可以相互抵消,从而求得其和.
6.并项求和法.
[训练10] 数列{an}的各项均为正数,Sn为其前n项和,对于任意的n∈N+,总有an,Sn,a成等差数列,又记bn=,数列{bn}的前n项和Tn=______.
解析:由对于任意的n∈N+,总有an,Sn,a成等差数列可得:
2Sn=a+an,当n≥2时可得2Sn-1=a+an-1,
所以2an=2Sn-2Sn-1=a+an-a-an-1,a-an-a-an-1=0,
(an+an-1)(an-an-1-1)=0,由数列{an}的各项均为正数,有an-an-1=1,又n=1时a-a1=0,所以a1=1,则数列{an}是以1为首项,1为公差的等差数列,故an=n,
bn===(-),
Tn=(-+-+…-)=(-)=.
[训练11] 设数列{an}满足a1=2,an+1-an=3·22n-1,n∈N+.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)令bn=nan,求数列{bn}的前n项和Sn.
解:(1)由已知,当n≥2时,
an=[(an-an-1)+…+(a2-a1)]+a1,
=3(22n-3+22n-5+…+2)+2=22n-1,
而a1=2,符合上式,所以数列{an}的通项公式为an=22n-1.
(2)由bn=nan=n·22n-1知
Sn=1×2+2×23+3×25+…+n×22n-1,①
从而22·Sn=1×23+2×25+3×27+…+n×22n+1.②
①-②,得(1-22)Sn=2+23+25+…+22n-1-n·22n+1,
即Sn=[(3n-1)22n+1+2].
等差、等比数列是两类基本的数列,两数列相结合的问题经常考查,特别地,通项公式、前n项和公式以及等差中项、等比中项是命题的热点.
[训练12] 已知公差不为0的等差数列{an}的首项a1为a(a∈R),且,,成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=(n∈N+),求{bn}的前n项和Tn.
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,
由题意可知()2=·,即(a1+d)2=a1(a1+3d),
从而a1d=d2.
因为d≠0,所以d=a1=a.故通项公式an=na.
(2)由(1)知,a2n=2na,bn=,
∴Tn=b1+b2+…+bn=·(++…+)
=·=(1-).
[训练13] 求数列1,-22,32,-42,…,(-1)n-1·n2,…的前n项和.
解:①当n为偶数时,Sn=(1-22)+(32-42)+…+[(n-1)2-n2]=(1-2)×(1+2)+(3-4)×(3+4)+…+[(n-1)-n]·[(n-1)+n]=-[1+2+3+4+…+(n-1)+n]=-.
②当n为奇数时,则n-1为偶数,
∴Sn=Sn-1+n2=-+n2=.
综合①②可知,Sn=
应用数列知识解决实际问题的步骤
1.根据实际问题提取数据;
2.建立数据关系,对提取的数据进行分析、归纳,建立数列的通项公式或递推关系;
3.检验关系是否符合实际,符合实际可以使用,不符合实际要修改关系;
4.利用合理的结论对实际问题展开讨论.
D
[训练14] 中国古代数学名著《九章算术》中有这样一个问题:今有牛、马、羊食人苗,苗主责之粟五斗.羊主曰:“我羊食半马.”马主曰:“我马食半牛.”今欲衰偿之,问各出几何?此问题的译文是:今有牛、马、羊吃了别人的禾苗,禾苗主人要求赔偿5斗粟.羊主人说:“我的羊所吃的禾苗只有马的一半.”马主人说:“我的马所吃的禾苗只有牛的一半.”打算按此比率偿还,他们各应偿还多少?已知牛、马、羊的主人各应偿还粟a升,b升,c升,1斗为10升,则下列判断正确的是( )
A.a,b,c成公比为2的等比数列,且a=
B.a,b,c成公比为2的等比数列,且c=
C.a,b,c成公比为的等比数列,且a=
D.a,b,c成公比为的等比数列,且c=
解析:由题意可得a,b,c成公比为的等比数列,b=a,c=b,故4c+2c+c=50,解得c=.
[训练15] 为了加强城市环保建设,某市计划用若干年时间更换5 000辆燃油型公交车,每更换一辆新车,就淘汰一辆旧车,替换车为电力型和混合动力型两种车型.今年年初投入了电力型公交车128辆,混合动力型公交车300辆;计划以后电力型公交车每年的投入量比上一年增加50%,混合动力型公交车每年比上一年多投入a辆.市政府根据人大代表的建议,要求5年内完成全部更换,则a的最小值为________.
182
解析:依题意知,电力型公交车的数量组成首项为128、公比为1+50%=的等比数列,混合动力型公交车的数量组成首项为300、公差为a的等差数列,所以5年后的数量和为+300×5+
a.所以+300×5+a≥5 000,即10a≥1 812.解得a≥181.2,因为5年内更换公交车的总和不小于5 000辆,所以a的最小值为182.
$$