4.3.1 第2课时等比数列的性质及应用(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教A版2019)

2025-02-27
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内容正文:

# # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # 第2课时  等比数列的性质及应用 !"#$%&'( 课程标准 1.掌握等比数列的性质. 2.能利用等比数列的性质解决相关问题. 3.体会等比数列与指数函数的关系. 学法解读 1.掌握等比数列的性质,并能够应用该知识进行灵活运算.(逻辑推理、数学运算) 2.熟练掌握等比数列与等差数列的综合应用.(逻辑推理、数学运算) )*+,%-.+                                等比数列与指数函数的关系     等比数列{an}的通项公式 an = a1q n -1  ,还可以整理为an =             ,当q >0且q≠1 时,等比数列{an}的第n项an是 指数函数f(x)= a1q·q x(x∈R)当 x = n时的函数值,即an = f(n) (如图所示).因此等比数列{an}的图象是函数 f(x)= a1q·q x(x∈R)图象上的一群孤立的点.     想一想:通项公式为an = kqn(kq≠0)的数 列{an}是等比数列吗? 提示:an +1 = k·qn +1,所以an +1an = kqn +1 kqn = q(q ≠0),所以数列{an}为等比数列,公比为q,首 项为kq. 事实上,数列{an}是等比数列的充要条件 是an = kqn(kq≠0). 练一练: (已知2,3 )2 (, 5, 3 )16 是等比数列 {an}图象上的两点,则an =             . 等比数列的单调性     已知等比数列{an}的首项为a1,公比为 q,则 (1)当a1 > 0, q{ > 1 或        时,等比数列 {an}为递增数列; (2)当a1 > 0, 0 < q{ < 1或            时,等比数 列{an}为递减数列; (3)当q = 1时,等比数列{an}为常数列  (这个常数列中各项均不等于0); (4)当q < 0时,等比数列{an}为摆动数列 (它所有的奇数项同号,所有的偶数项也同号, 但是奇数项与偶数项异号). 等比数列的性质     1.等比数列的项之间的关系     (1)两项关系 通项公式的推广: an = am·qn -m  (m,n∈N). (2)多项关系 项的运算性质 若m + n = p + q(m,n,p,q∈N), 则am·an = ap·aq  . 特别地,若m + n = 2p(m,n,p∈N), 则am·an = a2p  . 2.等比数列的项的对称性 有穷等比数列中,与首末两项“等距离”的 两项之积等于首末两项的积(                                            若有中间项则等 ! ' ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " # . # # # # # # # 于中间项的平方),即a1·an = a2·an -1  = ak·an - k +1  = a2n + 12 (n为正奇数). 3.等比数列的运算的性质 (1)若{an}是公比为q的等比数列,则 ①{c·an}(c是非零常数)是公比为q  的 等比数列; ②{| an |}是公比为| q |  的等比数列. (2)若{an},{bn}分别是公比为q1,q2的等 比数列,则数列{an·bn}是公比为q1·q2  的 等比数列.     练一练:已知{an}是等比数列,若a2 = 2, a3a5 = 16,则a6 = (B ) A. 6 B. 8 C. ± 6 D.            ± 8 /012%345 题型探究 题型一 等比数列的单调性                                1.在等比数列{an}中,已知a1 > 0,8a2 - a5 = 0,则数列{an}为 (A ) A.递增数列 B.递减数列 C.常数列 D.无法确定单调性     [规律方法]  由等比数列的通项公式可 知,公比影响数列各项的符号:一般地,q > 0时, 等比数列各项的符号相同;q < 0时,等比数列各 项的符号正负交替. 对点训练? 在等比数列{an}中,如果 公比为q,且q < 1,那么等比数列{an}是(D ) A.递增数列 B.递减数列 C.常数列 D.无法确定单调性 题型二 等比数列的性质 2.已知{an}为等比数列. (1)若{an}满足a2a4 = 12,求a1a 2 3a5; (2)若an > 0,a5a7 + 2a6a8 + a6a10 = 49,求 a6 + a8; (3)若an > 0,a5a6 = 9,求log3a1 + log3a2 + …+ log3a10的值.     [尝试作答        ]     [规律方法]  灵活应用性质,能极大地提 高我们的计算速度,当然本题也可采用基本 量法.     对点训练? (1)在等比数列{an}中, 已知a7a12 = 5,则a8a9a10a11 = 25      ; (2)数列{an}为等比数列,且a1a9 = 64,a3 + a7 = 20,则a11 = 1或64  ; (3)若等比数列{an}的各项均为正数,且 a10a11 + a9a12 = 2e 5,则ln a1 + ln a2 +…+ ln a20 = 50      . 题型三 等比数列性质的应用 3.设{an}是等比数列,公比为q,则下列数 列:①{anan +1};②{an + an +1};③{an +1 - an}; ④{a2n};⑤ 1a{ }n ;⑥{an + 3}中,一定是等比数列 的有 (A ) A. 3个 B. 4个 C. 5个 D. 6个     [规律方法]  由等比数列构造新的等比数 列,一定要检验新的数列中的项是否为0. 对点训练? 设{an}是各项为正数的无 穷数列,Ai是长、宽分别为ai,ai +1的矩形的面积 (i = 1,2,…),则{An}为等比数列的充要条件为 (D ) A.{an}是等比数列 B. a1,a3,…,a2n -1,…或a2,a4,…,a2n,…是 等比数列 C. a1,a3,…,a2n -1,…和a2,a4,…,a2n,…均 是等比数列 D. a1,a3,…,a2n -1,…和a2,a4,…,a2n,…均 是等比数列,                                                        且公比相同 !#( # # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # 题型四 等比数列的实际应用 4.朱载癱(1536—1611),明太祖九世孙,音 乐家、数学家、天文历算家,在他多达百万 字的著述中以《乐律全书》最为著名,在西方人 眼中他是大百科全书式的学者王子.他对文艺 的最大贡献是创建了“十二平均律”,此理论被 广泛应用在世界各国的键盘乐器上,包括钢琴, 故朱载癱被誉为“钢琴理论的鼻祖”.“十二平均 律”是指一个八度有13个音,相邻两个音之间 的频率之比相等,且最后一个音频率是最初那 个音频率的2倍,设第二个音的频率为f2,第八 个音的频率为f8,则f8f2等于 (A ) A.槡2 B. 3槡2 C. 4槡2 D. 6槡2 [分析]  建立等比数列模型运用等比数 列的性质求解. [规律方法]  关于等比数列在应用问题中 的应用 首先根据题意判断是否是等比数列模型, 其次分析等比数列的首项、公比、项数,最后利 用等比数列的通项公式计算解题. 对点训练? (1)计算机的价格不断降 低,若每台计算机的价格每年降低13,现在价格 为8 100元的计算机3年后的价格可降低为 (C ) A. 300元    B. 900元 C. 2 400元    D. 3 600元 (2)某公司为激励创新,计划逐年加大研发 资金投入.若该公司2016年全年投入研发资金 130万元,在此基础上,每年投入的研发资金比 上一年增长12%,则该公司全年投入的研发资 金开始超过200万元的年份是 (C ) (参考数据:lg 1. 12≈0. 05,lg 1. 3≈0. 11,lg 2 ≈0.30) A. 2018年             B. 2019年 C. 2020年 D. 2021年 易错警示     忽略等比数列中的项的符号致错 5.在等比数列{an}中,a3a4a6a7 = 81,则 a1a9的值为 (A ) A. 9 B. - 9 C. ± 9 D. 18 [错解]  ∵ a3a7 = a4a6 = a1a9, ∴ (a1a9)2 = 81,∴ a1a9 = ± 9,故选C. [误区警示]  本题易忽略在等比数列中, 奇数项(或偶数项)符号相同这一条件,而得到 a1a9 = ± 9.     [正解                                                 ] 6789%:;<                                1.已知{an}是等比数列,a2 = 2,a5 = 14,则公比 q = (D ) A. - 12 B. - 2 C. 2 D. 1 2 2.对任意等比数列{an},下列说法一定正确的 是 (D ) A. a1,a3,a9成等比数列 B. a2,a3,a6成等比数列 C. a2,a4,a8成等比数列 D. a3,a6,a9成等比数列 3.在等比数列{an}中,an < an +1,且a2a11 = 6, a4 + a9 = 5,则a6a11等于 (B ) A. 6      B. 23       C. - 1 6       D. 3 2 4.(2023·全国乙卷理科)已知a{ }n 为等比数 列,a2a4a5 = a3a6,a9a10 = - 8,则a7 = - 2  . 5.已知三个数成等比数列,它们的积为27,它们 的平方和为91,求这三个数. 请同学们认真完成练案[8                      ] ! ) ∴ q = 12 ,∴ a1 = 42 1 2 - ( )12 4 = 96. 令G是a5,a7的等比中项,则应有G2 = a5a7 = a1q4·a1q6 = a21q 10 = 962 × ( )12 10 = 9, ∴ a5,a7的等比中项是± 3. 课堂检测·固双基 1. A  由x,3x + 3,6x + 6成等比数列得, (3x + 3)2 = x(6x + 6), 解得x1 = - 3或x2 = - 1(不合题意,舍去), 第2项为- 6, 第3项为- 12,公比为- 12- 6 = 2, 故数列的第4项为- 24. 2. D  由a5a2 = q 3 = 127,得q = 1 3 ,故a1a4 = a2 q· a5 q = 1 3 . 3. B  由等比数列的性质可得, b2 =(- 1)×(- 9)= ac,∴ b2 = ac = 9, 又b与首项- 1同号, ∴ b = - 3. 4. 4  由an =a1qn -1,得13 = 9 8 × ( )23 n -1 ,即( )23 n -1 = 827,故n =4. 5.(1)∵ a1 = - 1,an = 3an - 1 - 2n + 3, ∴ a2 = 3a1 - 2 × 2 + 3 = - 4,∴ a3 = 3a2 - 2 × 3 + 3 = - 15. an +1 -(n +1) an -n = 3an -2(n +1)+3 -(n +1) an -n = 3an - 3n an - n = 3(n = 1,2,3,…). 又a1 - 1 = - 2,∴ {an - n}是以- 2为首项,以3为公比的等 比数列. (2)由(1)知an - n = - 2·3n - 1,故an = n - 2·3n - 1 . 第2课时  等比数列的性质及应用 必备知识·探新知     知识点1:a1qn - 1   a1q·q n 练一练:     3 2n - 1   设an = a·bn(ab≠0),则a2 = ab2 = 32 ,a5 = ab 5 = 3 16,解得a = 6,b = 1 2 ,∴ an = 6 × ( )12 n = 3 2n - 1 . 知识点2:(1) a1 < 0, 0 < q{ < 1  (2) a1 < 0,q{ > 1   (3)常数列      知识点3:1.(1)qn - m   (2)ap·aq   a2p 2. an - 1   an - k + 1 3.(1)①q  ② | q |   (2)q1·q2     练一练:     B  由等比数列的性质若m + n = p + q,则aman = apaq, 可得a2a6 = a3a5 = 16,代入计算得a6 = 8. 故选B. 关键能力·攻重难     例1:A  由8a2 - a5 = 0,可知a5a2 = q 3 = 8, 解得q = 2. 又a1 > 0,所以数列{an}为递增数列. 对点训练1:D  如等比数列{(- 1)n}的公比为- 1,为摆动 数列,不具有单调性;等比数列( )12{ } n 的公比为12 ,是递减数 列;等比数列- ( )12{ } n 的公比为12 ,是递增数列.     例2:(1)在等比数列{an}中,∵ a2a4 = 12 , ∴ a23 = a1a5 = a2a4 = 1 2 , ∴ a1a 2 3a5 = 1 4 . (2)由等比中项的性质,得a26 + 2a6a8 + a28 = 49, 即(a6 + a8)2 = 49, ∵ an > 0,∴ a6 + a8 = 7. (3)由等比数列的性质知a5a6 = a1a10 = a2a9 = a3a8 = a4a7 = 9, ∴ log3a1 + log3a2 +…+ log3a10 = log3(a1a2…a10) = log3[(a1a10)(a2a9)(a3a8)(a4a7)(a5a6)] = log39 5 = 10. 对点训练2:(1)25  方法一:∵ a7a12 = a8a11 = a9a10 = 5, ∴ a8a9a10a11 = 5 2 = 25. 方法二:由已知得a1q6·a1q11 = a21q17 = 5, ∴ a8a9a10a11 = a1q 7·a1q8·a1q9·a1q10 = a41·q34 =(a21· q17)2 = 25. (2)1或64  ∵ a1a9 = a3a7 = 64,∴ a3,a7 是方程x2 - 20x + 64 = 0的两根. 解得a3 = 4, a7{ = 16或 a3 = 16, a7 = 4{ . ①若a3 = 4,a7 = 16,则由a7 = a3q4得,q4 = 4, ∴ a11 = a7q 4 = 16 × 4 = 64. ②若a7 = 4,a3 = 16,则由a7 = a3q4得,q4 = 14 , ∴ a11 = a7q 4 = 4 × 14 = 1.故a11 = 64,或a11 = 1. (3)50  由a10a11 + a9a12 = 2e5,可得a10a11 = e5 . 令S = ln a1 + ln a2 +…+ ln a20,则2S =(ln a1 + ln a20)+ (ln a2 + ln a19)+…+(ln a20 + ln a1)= 20ln(a1a20)= 20ln(a10 a11)= 20ln e5 = 100, 所以S = 50.     例3:A  ①{anan + 1}是首项为a1a2,公比为q2的等比数列. ②当q≠ - 1时,{an + an + 1}是等比数列,但当q = - 1时, {an + an + 1}不是等比数列; ③当q≠1时,{an + 1 - an}是等比数列,但当q = 1时,{an + 1 - an}不是等比数列; ④根据性质3知{a2n}是首项为a21,公比为q2的等比数列; ⑤根据性质3知1a{ }n 是首项为1a1,公比为 1 q的等比数列; ⑥仅当q = 1且an≠ - 3时,{an + 3}是常数列,是等比数 列,但当q≠1或q = 1, an{ = - 3时,{an + 3}不是等比数列. 对点训练3:D  ∵ Ai = aiai + 1,若{An}为等比数列,则An + 1An = an + 1an + 2 anan + 1 = an + 2 an 为常数,即A2A1 = a3 a1 ,A3A2 = a4 a2 ,…, ∴ a1,a3,a5,…,a2n - 1,…和a2,a4,…,a2n,…成等比数列,且 公比相等.反之,若奇数项和偶数项分别成等比数列,且公比相 等,设为q,则An + 1An = an + 2 an = q,从而{An}为等比数列.     例4:A  依题意13个音的频率成等比数列,记为{an},                                                                       设 —126— 公比为q,则a13 = a1q12, 且a13 = 2a1,所以q = 2 1 12, 所以f8f2 = q 6 =(2 112)6 槡= 2. 对点训练4:(1)C  一年后的价格为:8 100 × 1 -( )13 = 5 400; 两年后的价格为:5 400 × 1 -( )13 = 3 600; 三年后的价格为:3 600 × 1 -( )13 = 2 400. (2)C  由已知可得130 ×(1 + 12%)n - 1≥200, 即1. 12n - 1≥200130, ∴ (n -1)lg 1.12≥lg 200130, ∴ n -1≥lg 2 - lg 1.3lg 1.12 ≈3.8. ∴ n≥5.故选C. 例5:A  因为{an}为等比数列,所以a3a7 = a4a6 = a1a9 . 所以(a1a9)2 = 81,即a1a9 = ± 9. 因为在等比数列{an}中,奇数项(或偶数项)的符号相同, 所以a1,a9同号,所以a1a9 = 9,答案为A. 课堂检测·固双基 1. D  由题意可得q3 = a5a2 = 1 8 , 故可得q = 12 . 故选D. 2. D  记{an}的首项为a1,公比为q(q≠0),则a23 = a21q4,a1a9 = a21q 8,a2·a6 = a21q6,当q≠ ± 1时,A,B均不正确;a24 = a21q6, a2·a8 = a21q8,当q≠ ± 1时,C不正确;a26 = a21q10,a3·a9 = a21q 10,故D正确. 3. B  ∵ a2a11 = a4a9,∴ a4a9 = 6, 又a4 + a9 = 5,且an < an + 1,∴ a4 = 2,a9 = 3, 又a6a11 = a4 a9 = 23 ,故选B. 4. - 2  设a{ }n 的公比为q(q≠0),则a2a4a5 = a3a6 = a2q·a5q, 显然an≠0, 则a4 = q2,即a1q3 = q2,则a1q = 1,因为a9a10 = - 8,则a1q8· a1q 9 = - 8, 则q15 =(q5)3 = - 8 =(- 2)3,则q3 = - 2,则a7 = a1q·q5 = q5 = - 2. 5.方法一:设三个数依次为a,aq,aq2, 由题意得a·aq·aq 2 = 27, a2 + a2q2 + a2q4 = 91{ , ∴ (aq)3 = 27, a2(1 + q2 + q4)= 91{ ,即aq = 3,a2(1 + q2 + q4)= 91{ , ∴ q 2 1 + q2 + q4 = 991, ∴ 9q4 - 82q2 + 9 = 0,解得q2 = 9或q2 = 19 , ∴ q = ± 3或q = ± 13 , 若q = 3,则a = 1;若q = - 3,则a = - 1; 若q = 13 ,则a = 9;若q = - 1 3 ,则a = - 9. 故这三个数为:1,3,9或- 1,3,- 9或9,3,1或- 9,3,- 1. 方法二:设这三个数分别为aq ,a,aq. 由题意,得 a q·a·aq =27, a2 q2 + a2 + a2q2 =91{ , ∴ a =3, a (2 1q2 +1 + q )2 =91{ , ∴ 9q4 - 82q2 + 9 = 0, 即得q2 = 19或q 2 = 9. ∴ q = ± 3或q = ± 13 , 故这三个数为:1,3,9或- 1,3,- 9或9,3,1或- 9,3,- 1. 4. 3. 2  等比数列的前n项和公式 第1课时  等比数列的前n项和公式 必备知识·探新知     知识点1:na1   a1(1 - q n) 1 - q   a1 - anq 1 - q 练一练:     B  由题意知Sn = a1 1 - q( ) n 1 - q = 1 - 2n 1 - 2 = 31,得n = 5, 故选B. 知识点2:a11 - q     练一练:     - 3   ∵点(n,Sn)在函数y = 3x + 1 + m的图象上,∴ Sn = 3n + 1 + m = 3 × 3n + m.又Sn = - Aqn + A,比较可知m = - 3. 知识点3:D  因为等比数列{an}的前n项和Sn 满足S5 = 10,S10 = 40, 所以S5,S10 - S5,S15 - S10,S20 - S15依然成等比数列, 则S5 (S15 - S10) = (S10 - S5)2,即10 (S15 - 40) = (40 - 10)2,解得S15 = 130, 则S5(S20 - S15)=(S10 - S5)(S15 - S10),即10(S20 - 130)= 30 × 90,解得S20 = 400, 故选D. 关键能力·攻重难     例1:(1)显然q≠1,∴由Sn = 8 - 14 q 1 - q = 63 4 ,得q = 1 2 .     又an = a1qn - 1,即8 × ( )12 n - 1 = 14 ,∴ n = 6. (2)方法一:由S6≠2S3知q≠1. 由题意得 a1(1 - q3) 1 - q = 7 2 ,① a1(1 - q6) 1 - q = 63 2 ,{ ② ② ÷①,得1 + q3 = 9,∴ q3 = 8,即q = 2. 将q = 2代入①得a1 = 12 , ∴ an = a1q n - 1 = 12 × 2 n - 1 = 2n - 2,Sn = a1(1 - q n) 1 - q = 2n - 1 - 12 . 方法二:由S3 = a1 + a2 + a3,S6 = S3 + a4 + a5 + a6 = S3                                                                      + —127—

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4.3.1 第2课时等比数列的性质及应用(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教A版2019)
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