内容正文:
数列的概念及其表示法
课前必备知识
课标要求
1.了解数列的概念及其表示方法(列表法、图象法、通项公式法).2.了解数列的通项公式是定义在非零自然数集上的函数.3.了解数列的单调性,会研究和解决有关数列的单调性问题.
知识梳理
1.数列的定义
按照__确定的顺序__排列的一列数称为数列,数列中的每一个数叫做这个数列的项.数列的一般形式为__a1,a2,…,an,…__,简记为__{an}__.
2.数列的单调性
类型
满足条件
递增数列
an+1__>__an
其中n∈N*
递减数列
an+1__<__an
常数列
an+1__=__an
3.数列的通项公式及前n项和
如果数列{an}的第n项an与__它的序号n__之间的对应关系可以用一个式子an=f(n)来表示,我们把这个式子叫做这个数列的通项公式.
把数列{an}从第1项起到第n项止的各项之和称为数列{an}的前n项和,记作Sn,即Sn=__a1+a2+…+an__.
4.数列的递推公式
如果已知数列{an}的首项(或前几项),且相邻两项或多项之间的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__递推公式__.
5.由递推公式求数列通项公式的基本方法
(1)观察法:已知数列前若干项,求该数列的通项时,一般对所给的项观察分析,寻找规律,从而根据规律写出此数列的一个通项.
(2)公式法:若已知数列的前n项和Sn与an的关系,求数列{an}的通项an可用公式an=求解.
(3)累加法:形如an+1=an+f(n)型的递推数列(其中f(n)是关于n的函数)可构造an-an-1=f(n-1),an-1-an-2=f(n-2),…,a2-a1=f(1),将上述各式子相加得an=f(n-1)+f(n-2)+…+f(2)+f(1)+a1(n≥2).
①若f(n)是关于n的一次函数,累加后可转化为等差数列求和;
②若f(n)是关于n的指数函数,累加后可转化为等比数列求和;
③若f(n)是关于n的二次函数,累加后可分组求和;
④若f(n)是关于n的分式函数,累加后可裂项求和.
(4)累乘法:形如an+1=an·f(n)(=f(n))型的递推数列(其中f(n)是关于n的函数)可构造=f(n-1),=f(n-2),…,=f(1),将上述各式子两边相乘,可得an=f(n-1)·f(n-2)·…·f(2)·f(1)·a1(n≥2).
(5)构造法:形如an+1=pan+q的递推式,设an+1+k=p(an+k)(其中k可用待定系数法确定),可转化为{an+k}为等比数列求解.
形如an+2=pan+1+qan的递推式,设an+2-kan+1=h(an+1-kan),比较系数得h+k=p,-hk=q,可解得h,k,于是{an+1-kan}是公比为h的等比数列,这样就化归为an+1=pan+q型.
形如an+1=pan+f(n)的递推式,两边同时除以pn+1可得到=+,令=bn,则bn+1=bn+,求出bn之后得an=pnbn.
(6)取倒数法:形如an-1-an=pan-1an(p为常数且p≠0)的递推式,两边同除以an-1an,得-=p,求出的表达式,再求an.
形如an+1=的递推式,采用取倒数方法转化成=·+形式,化归为an+1=pan+q型求出的表达式,再求an.
课前训练
1.(教材母题选必修习题4.1T3)已知数列-1,,-,2,-,…,则该数列的第100项为( )
A.10 B.-10
C.-11 D.
解析:A 由题意易知,该数列的通项公式为an=(-1)n·,所以a100=(-1)100×=10,故选A.
2.已知Sn是数列{an}的前n项和,则“an>0”是“{Sn}是递增数列”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:A 若an>0,则Sn>Sn-1,所以{Sn}是递增数列,所以“an>0”是“{Sn}是递增数列”的充分条件;若{Sn}是递增数列,则Sn>Sn-1,所以an>0(n≥2),但是a1的符号不确定,所以“an>0”不是“{Sn}是递增数列”的必要条件,故选A.
3.(教材母题选必修习题4.1T2)若数列{an}满足a1=2,an+1=,则a6=( )
A.2 B.-3
C.- D.
解析:B 因为a1=2,an+1=,所以a2==-3,同理可得a3=-,a4=,a5=2,…,可得an+4=an,则a6=a2=-3.故选B.
4.已知数列{an}满足a1=1,an+1=an+4n-1,则{an}的通项公式为__________.
解析:an= 由an+1-an=4n-1得an=a1+1+4+…+4n-2=.
5.(教材母题选必修4.1练习T1)如图,在n×n的单位正方形网格中,阴影相连的正方形个数依次为1,5,9,13,则下一阴影相连的正方形个数为________,这个数列的一个通项公式an=____________.
解析:17 4n-3
从阴影相连的正方形个数依次为1,5,9,13看出,从第2项起每一项比它的前一项多4,故下一阴影相连的正方形个数为13+4=17,且a2=5=a1+4,a3=9=a1+2×4,a4=13=a1+3×4,a5=17=a1+4×4,根据上述规律an=a1+(n-1)×4=1+(n-1)×4=4n-3,所以an=4n-3.
课堂核心考点
考点1 由an与Sn的关系求通项
【例1】 (1)(2025·湖南长沙联考预测)若数列{an}中,a1=,a2=,且anan+2=an+1,记数列{an}的前n项积为∏n,则的值为( )
A.1 B.
C. D.
(2)已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足Sn=2an-1,则an=__________.
(3)(2025·河北沧州校考模拟预测)已知正项数列{an}的前n项和为Sn,满足an=2-1.
(ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(ⅱ)若bn=an cos ,求数列{bn}的前3n+1项和T3n+1.
解析:(1)D 由题意,得a3=,a4=,a5=4,a6=,a7=,a8=,
发现数列{an}是以6为周期的数列,且前6项积为1,则∏2025=a1·a2·a3=,a2024=a2=,
所以原式的值为,故选D.
(2)2n-1 由Sn=2an-1,可得S1=2a1-1,解得a1=1,
又an=Sn-Sn-1=2an-2an-1(n≥2),即an=2an-1(n≥2),
所以数列{an}是以1为首项,2为公比的等比数列,
所以an=2n-1.
(3)(ⅰ)an=2-1⇒(an+1)2=4Sn,
当n≥2时,(an-1+1)2=4Sn-1,两式作差可得
a-a+2an-2an-1=4an⇒a-a-2(an+an-1)=0⇒(an+an-1)(an-an-1-2)=0,
又an+an-1≠0,所以an-an-1-2=0,即an-an-1=2,
可得数列{an}是公差为2的等差数列.
当n=1时,a1=2-1⇒a1-2+1=0⇒(-1)2=0⇒a1=1,
所以,数列{an}的通项公式为an=a1+(n-1)d=2n-1.
(ⅱ)bn=an cos =(2n-1)cos ,
T3n+1=b1+b2+b3+…+b3n-2+b3n-1+b3n+b3n+1
=1×(-)+3×(-)+5×1+…+(6n-5)×(-)+(6n-3)×(-)+(6n-1)×1+(6n+1)×(-)
=×(-)+×(-)+×1+(6n+1)×(-)
=-+n-+3n2+2n-3n-=-,
所以,数列{bn}的前3n+1项和T3n+1=-.
由Sn求an或由含Sn与an的关系式求an.
(1)依据:an=
(2)方法:①利用an与Sn的关系,消去Sn,转化为只含an的关系式进行求解;
②利用an与Sn的关系,消去an,转化为只含Sn的关系式进行求解.
(3)注意:对n=1的情况必须进行检验,若适合n≥2的表达式,则可以合并;若不适合,则写成分段函数形式.
变式探究
1.已知数列{an}中,a1=1,a2=2,且an·an+1·an+2=an+an+1+an+2,其中n∈N*,则a1+a2+a3+…+a24=________.
解析:48 当n=1时,a1a2a3=a1+a2+a3,可得a3=3,同理,当n=2时,可得a4=1,当n=3时,可得a5=2,以此类推,可知数列{an}的周期为3,所以a1+a2+…+a24=8(a1+a2+a3)=8×6=48.
2.已知数列{an}的首项为-1,设Sn是数列{an}的前n项和,且an+1=2SnSn+1,则Sn=__________.
解析: 因为an+1=Sn+1-Sn,所以Sn+1-Sn=2SnSn+1,
所以-=-2.
因为a1=-1,所以=-1,
所以{}是以-1为首项,-2为公差的等差数列,
所以=-1-2(n-1)=1-2n,即Sn=.
3.(2025·湖北模拟预测)若数列{an}满足a1=2,--=1,则a2026=( )
A.2 B.-
C.-3 D.
解析:C 因为--=1,所以an+1=.又因为a1=2,
所以a2==-3,a3==-,a4==,a5==2,…,
所以{an}是周期为4的数列,故a2026=a2=-3.故选C.
考点2 由数列的递推公式求通项
【例2】 (1)已知数列{an}中,a1=1,nan+1=2(a1+a2+…+an)(n∈N*),则数列{an}的通项公式为( )
A.an=n B.an=2n-1
C.an= D.an=
(2)已知a1=1,当n≥2时,an=an-1+2n-1,则数列{an}的通项公式为___________________.
(3)(教材母题选必修习题4.1T2改编)数列{an}中,当an+1=,a1=2,则a4=________.
(4)已知数列{an}满足an+1=2an+4·3n-1,a1=-1,则数列{an}的通项公式为________________.
解析:(1)A 由nan+1=2(a1+a2+…+an),①
得(n-1)an=2(a1+a2+…+an-1)(n≥2),②
①-②得nan+1-(n-1)an=2an,
则nan+1=(n+1)an,即=,
所以an=a1···…·=1···…·=n(n≥2),
当n=1时,也满足an=n,
所以an=n.故选A.
(2)an=+4n-6
设an+An+B=[an-1+A(n-1)+B],
所以an=an-1-An-A-B,
所以解得
又a1-4+6=3,所以{an-4n+6}是以3为首项,为公比的等比数列,
所以an-4n+6=3()n-1,所以an=+4n-6.
(3) 由an+1=,a1=2,可得an≠0,
所以==+3,即-=3(定值),
故数列{}以=为首项,d=3为公差的等差数列,
所以=+(n-1)×3=3n-,所以=,所以a4=.
(4)an=4×3n-1-5×2n-1
(方法1)设an+1+λ·3n=2(an+λ·3n-1),整理得an+1=2an-λ·3n-1,可得λ=-4,
即an+1-4×3n=2(an-4×3n-1),且a1-4×31-1=-5≠0,
则数列{an-4×3n-1}是首项为-5,公比为2的等比数列,
所以an-4×3n-1=-5×2n-1,即an=4×3n-1-5×2n-1.
(方法2:两边同除以qn+1)两边同时除以3n+1,
得=×+,
整理得-=×(-),且-=-≠0,
则数列{-}是首项为-,公比为的等比数列,
所以-=-×()n-1,即an=4×3n-1-5×2n-1.
(方法3:两边同除以pn+1)两边同时除以2n+1,
得=+()n-1,即-=()n-1,
当n≥2时,则=(-)+(-)+…+(-)+
=()n-2+()n-3+…+1-
=-
=2×()n-1-,
故an=4×3n-1-5×2n-1(n≥2),
显然当n=1时,a1=-1符合上式,
故an=4×3n-1-5×2n-1.
由数列的递推关系求通项公式的常用方法
(1)累加法:形如an-an-1=f(n)的递推式,可用累加法求an.
(2)累乘法:形如=f(n)的递推式,可用累乘法求an.
(3)构造法:形如an+1=pan+q,an+2=pan+1+qan的递推式,可用构造法求an.
(4)取倒数法:形如an-1-an=pan-1an,an+1=的递推式,可用取倒数法求an.
变式探究
4.已知数列{an}满足:an+1=-an-2,n∈N*,a1=4,则数列{an}的通项公式为__________________.
解析:an=-+(-)n-1
因为an+1=-an-2,n∈N*,a1=4,
所以两边同时加上得
an+1+=-an-2+=-an-,
所以an+1+=-(an+),
当a1=4时,a1+=.
故an+≠0,故=-,
所以数列{an+}是以a1+=为首项,-为公比的等比数列.
于是an+=(-)n-1,
an=-+(-)n-1.
5.已知数列{an}满足a1=-2,an+1=则{a2n}的通项公式为________________.
解析:a2n=2n+1-4
由题意知,当n≥2时,a2n=a(2n-1)+1=a2n-1+2=a(2n-2)+1+2=2a2n-2+4.
设a2n+t=2(a2n-2+t),
则a2n=2a2n-2+t,
所以t=4,即a2n+4=2(a2n-2+4).
又a2=a1+2=0,a2+4=4.
所以{a2n+4}是首项为4,公比为2的等比数列.
所以a2n+4=4·2n-1=2n+1,即a2n=2n+1-4.
6.已知数列{an}满足an+1=2an+3·2n,a1=2,求数列{an}的通项公式.
解析:将an+1=2an+3·2n两边除以2n+1,
得=+,则-=,
故数列{}是以==1为首项,以为公差的等差数列,
则=1+(n-1)=n-,
所以数列{an}的通项公式为an=(n-)·2n=(3n-1)·2n-1.
考点3 数列的函数特征
【例3】 (1)已知数列{an}满足=2,a1=20,则的最小值为( )
A.4 B.4-1
C.8 D.9
(2)在数列{an}中,a1=3,++…+=1+++…++(n∈N*),则an=____________,若λan≥4n对所有n∈N*恒成立,则λ的取值范围是__________.
解析:(1)C 由an+1-an=2n知a2-a1=2×1,a3-a2=2×2,…,an-an-1=2(n-1),n≥2,
以上各式相加得an-a1=n2-n,n≥2,
所以an=n2-n+20,n≥2.
当n=1时,a1=20符合上式,
所以=n+-1,
所以当n≤4时,单调递减,当n≥5时,单调递增,
因为=,所以的最小值为==8.故选C.
(2) [,+∞)
由于++…+=1+++…++(n∈N*),
所以当n≥2时,有++…+=1+++…++,
两式相减可得=+=,
即当n≥2时,=.
当n=1时,=1+=,得a2=6,即=2也符合该递推关系,
所以an=··…··a1=.
由于λan≥4n⇒λ≥()n·n(n+1),
令cn=()nn(n+1),
由于===+,
当n=4时,c4=c5,当n<4时,cn单调递增,当n>4时,cn单调递减,
所以c1<c2<c3<c4=c5>c6>…,
故cn的最大项为,即λ≥.
(1)数列与函数知识有着密切的联系,解题时要注意函数、导数的相关知识的运用以及用研究函数的方法来研究数列,如借用判断函数的单调性的方法来判断数列的单调性,用求函数最值的方法来研究数列的最值等.
(2)数列是自变量不连续的函数,要特别注意n∈N*这一条件.不能对数列直接求导判断单调性,要写出数列对应的函数,对函数进行求导,再将函数的单调性对应到数列中去.
变式探究
7.已知an=3×(-)n-1-1,若存在常数A,B∈R,使得对任意的正整数n都有A≤an≤B,则B-A的最小值为________.
解析: 因为an=3×(-)n-1-1,
已知A≤an≤B,所以A≤(an)min,(an)max≤B.
设bn=an+1=3×(-)n-1,
则=,b1=3,b2=-,
所以b1>b3>…>b2n-1>…,b2<b4<…<b2n<…,
所以-≤bn≤3,所以-≤an+1≤3,
故-≤an≤2,所以A≤-,B≥2,-A≥,所以B-A≥,所以B-A的最小值为.
8.(2025·江苏无锡市第一中学校考)已知数列{an}的前n项之积为bn,且++…+=(n∈N*).
(1)求数列{}和{an}的通项公式;
(2)求f(n)=bn+bn+1+bn+2+…+b2n-1+b2n的最大值.
解析:(1)因为++…+=,①
所以++…+=(n≥2),②
由①②可得=n(n≥2),
因为①=1也满足上式,
所以=n,③
所以=n-1(n≥2),④
由③④可得=(n≥2),
即=(n≥2),
所以an-1=(n≥2),所以an=.
(2)由(1)可知an=,
则bn=a1a2…an=··…·=,
记f(n)=bn+bn+1+…+b2n=++…+,
所以f(n+1)=++…+,
所以f(n+1)-f(n)=+-=-<0,
所以f(n+1)<f(n),即f(n)单调递减,
所以f(n)的最大值为f(1)=b1+b2=+=.
学科网(北京)股份有限公司
$
数列的概念及其表示法
课前必备知识
课标要求
1.了解数列的概念及其表示方法(列表法、图象法、通项公式法).2.了解数列的通项公式是定义在非零自然数集上的函数.3.了解数列的单调性,会研究和解决有关数列的单调性问题.
知识梳理
1.数列的定义
按照__确定的顺序__排列的一列数称为数列,数列中的每一个数叫做这个数列的项.数列的一般形式为__a1,a2,…,an,…__,简记为__{an}__.
2.数列的单调性
类型
满足条件
递增数列
an+1__>__an
其中n∈N*
递减数列
an+1__<__an
常数列
an+1__=__an
3.数列的通项公式及前n项和
如果数列{an}的第n项an与__它的序号n__之间的对应关系可以用一个式子an=f(n)来表示,我们把这个式子叫做这个数列的通项公式.
把数列{an}从第1项起到第n项止的各项之和称为数列{an}的前n项和,记作Sn,即Sn=__a1+a2+…+an__.
4.数列的递推公式
如果已知数列{an}的首项(或前几项),且相邻两项或多项之间的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__递推公式__.
5.由递推公式求数列通项公式的基本方法
(1)观察法:已知数列前若干项,求该数列的通项时,一般对所给的项观察分析,寻找规律,从而根据规律写出此数列的一个通项.
(2)公式法:若已知数列的前n项和Sn与an的关系,求数列{an}的通项an可用公式an=求解.
(3)累加法:形如an+1=an+f(n)型的递推数列(其中f(n)是关于n的函数)可构造an-an-1=f(n-1),an-1-an-2=f(n-2),…,a2-a1=f(1),将上述各式子相加得an=f(n-1)+f(n-2)+…+f(2)+f(1)+a1(n≥2).
①若f(n)是关于n的一次函数,累加后可转化为等差数列求和;
②若f(n)是关于n的指数函数,累加后可转化为等比数列求和;
③若f(n)是关于n的二次函数,累加后可分组求和;
④若f(n)是关于n的分式函数,累加后可裂项求和.
(4)累乘法:形如an+1=an·f(n)(=f(n))型的递推数列(其中f(n)是关于n的函数)可构造=f(n-1),=f(n-2),…,=f(1),将上述各式子两边相乘,可得an=f(n-1)·f(n-2)·…·f(2)·f(1)·a1(n≥2).
(5)构造法:形如an+1=pan+q的递推式,设an+1+k=p(an+k)(其中k可用待定系数法确定),可转化为{an+k}为等比数列求解.
形如an+2=pan+1+qan的递推式,设an+2-kan+1=h(an+1-kan),比较系数得h+k=p,-hk=q,可解得h,k,于是{an+1-kan}是公比为h的等比数列,这样就化归为an+1=pan+q型.
形如an+1=pan+f(n)的递推式,两边同时除以pn+1可得到=+,令=bn,则bn+1=bn+,求出bn之后得an=pnbn.
(6)取倒数法:形如an-1-an=pan-1an(p为常数且p≠0)的递推式,两边同除以an-1an,得-=p,求出的表达式,再求an.
形如an+1=的递推式,采用取倒数方法转化成=·+形式,化归为an+1=pan+q型求出的表达式,再求an.
课前训练
1.(教材母题选必修习题4.1T3)已知数列-1,,-,2,-,…,则该数列的第100项为( )
A.10 B.-10
C.-11 D.
2.已知Sn是数列{an}的前n项和,则“an>0”是“{Sn}是递增数列”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
3.(教材母题选必修习题4.1T2)若数列{an}满足a1=2,an+1=,则a6=( )
A.2 B.-3
C.- D.
4.已知数列{an}满足a1=1,an+1=an+4n-1,则{an}的通项公式为__________.
5.(教材母题选必修4.1练习T1)如图,在n×n的单位正方形网格中,阴影相连的正方形个数依次为1,5,9,13,则下一阴影相连的正方形个数为________,这个数列的一个通项公式an=____________.
课堂核心考点
考点1 由an与Sn的关系求通项
【例1】 (1)(2025·湖南长沙联考预测)若数列{an}中,a1=,a2=,且anan+2=an+1,记数列{an}的前n项积为∏n,则的值为( )
A.1 B.
C. D.
(2)已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足Sn=2an-1,则an=__________.
(3)(2025·河北沧州校考模拟预测)已知正项数列{an}的前n项和为Sn,满足an=2-1.
(ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(ⅱ)若bn=an cos ,求数列{bn}的前3n+1项和T3n+1.
(1)依据:an=
(2)方法:①利用an与Sn的关系,消去Sn,转化为只含an的关系式进行求解;
②利用an与Sn的关系,消去an,转化为只含Sn的关系式进行求解.
(3)注意:对n=1的情况必须进行检验,若适合n≥2的表达式,则可以合并;若不适合,则写成分段函数形式.
变式探究
1.已知数列{an}中,a1=1,a2=2,且an·an+1·an+2=an+an+1+an+2,其中n∈N*,则a1+a2+a3+…+a24=________.
2.已知数列{an}的首项为-1,设Sn是数列{an}的前n项和,且an+1=2SnSn+1,则Sn=__________.
3.(2025·湖北模拟预测)若数列{an}满足a1=2,--=1,则a2026=( )
A.2 B.-
C.-3 D.
考点2 由数列的递推公式求通项
【例2】 (1)已知数列{an}中,a1=1,nan+1=2(a1+a2+…+an)(n∈N*),则数列{an}的通项公式为( )
A.an=n B.an=2n-1
C.an= D.an=
(2)已知a1=1,当n≥2时,an=an-1+2n-1,则数列{an}的通项公式为___________________.
(3)(教材母题选必修习题4.1T2改编)数列{an}中,当an+1=,a1=2,则a4=________.
(4)已知数列{an}满足an+1=2an+4·3n-1,a1=-1,则数列{an}的通项公式为________________.
由数列的递推关系求通项公式的常用方法
(1)累加法:形如an-an-1=f(n)的递推式,可用累加法求an.
(2)累乘法:形如=f(n)的递推式,可用累乘法求an.
(3)构造法:形如an+1=pan+q,an+2=pan+1+qan的递推式,可用构造法求an.
(4)取倒数法:形如an-1-an=pan-1an,an+1=的递推式,可用取倒数法求an.
变式探究
4.已知数列{an}满足:an+1=-an-2,n∈N*,a1=4,则数列{an}的通项公式为__________________.
5.已知数列{an}满足a1=-2,an+1=则{a2n}的通项公式为________________.
6.已知数列{an}满足an+1=2an+3·2n,a1=2,求数列{an}的通项公式.
考点3 数列的函数特征
【例3】 (1)已知数列{an}满足=2,a1=20,则的最小值为( )
A.4 B.4-1
C.8 D.9
(2)在数列{an}中,a1=3,++…+=1+++…++(n∈N*),则an=____________,若λan≥4n对所有n∈N*恒成立,则λ的取值范围是__________.
(1)数列与函数知识有着密切的联系,解题时要注意函数、导数的相关知识的运用以及用研究函数的方法来研究数列,如借用判断函数的单调性的方法来判断数列的单调性,用求函数最值的方法来研究数列的最值等.
(2)数列是自变量不连续的函数,要特别注意n∈N*这一条件.不能对数列直接求导判断单调性,要写出数列对应的函数,对函数进行求导,再将函数的单调性对应到数列中去.
变式探究
7.已知an=3×(-)n-1-1,若存在常数A,B∈R,使得对任意的正整数n都有A≤an≤B,则B-A的最小值为________.
8.(2025·江苏无锡市第一中学校考)已知数列{an}的前n项之积为bn,且++…+=(n∈N*).
(1)求数列{}和{an}的通项公式;
(2)求f(n)=bn+bn+1+bn+2+…+b2n-1+b2n的最大值.
学科网(北京)股份有限公司
$