内容正文:
第四章 数列
4.2 等差数列
4.2.1 等差数列的概念
第1课时 等差数列的概念与通项公式
课程标准:1.通过生活中的实例,理解等差数列的概念和通项公式的意义.2.体会等差数列与一元一次函数的关系.
教学重点:1.等差数列的概念.2.等差数列的通项公式及运用.
教学难点:1.等差数列的判定.2.等差数列的通项公式及灵活运用.
核心素养:1.通过学习等差数列的概念,提升数学抽象素养.2.通过学习等差数列的证明及相关计算,提升逻辑推理素养和数学运算素养.
(教师独具内容)
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
知识点一 等差数列的概念
一般地,如果一个数列从第____项起,每一项与它的前一项的差都等于_____________,那么这个数列就叫做等差数列,这个_____叫做等差数列的公差,公差通常用字母___表示.
知识点二 等差中项
由三个数a,A,b组成的等差数列可以看成是最简单的等差数列.这时,___叫做a与b的等差中项.根据等差数列的定义可以知道,2A=________.
2
同一个常数
常数
d
A
a+b
核心概念掌握
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递推公式 通项公式
_____________=d an=_______________
知识点三 等差数列的递推公式与通项公式
已知等差数列{an}的首项为a1,公差为d,填表:
an+1-an
a1+(n-1)d
核心概念掌握
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知识点四 等差数列与一次函数的关系
由于an=a1+(n-1)d=dn+(a1-d),所以当d≠0时,等差数列{an}的第n项an是一次函数f(x)=dx+(a1-d)(x∈R)当______时的函数值,即__________.
[拓展] 等差数列{an}的图象为分布于一条直线上的一群孤立的点,结合一次函数的单调性可知:当d>0时,{an}为递增数列;当d<0时,{an}为递减数列;当d=0时,{an}为常数列.
x=n
an=f(n)
核心概念掌握
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核心概念掌握
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an=2n-1
核心概念掌握
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核心素养形成
题型一 等差数列的概念
判断下列各组数列是不是等差数列.如果是,写出首项a1和公差d.
(1)1,3,5,7,9,…;(2)9,6,3,0,-3,…;
(3)1,3,4,5,6,…;(4)m,m+n,m+2n.
解 (1)是等差数列,a1=1,d=2.
(2)是等差数列,a1=9,d=-3.
(3)不是等差数列.
(4)是等差数列,因为(m+n)-m=(m+2n)-(m+n)=n,所以a1=m,d=n.
核心素养形成
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【感悟提升】
等差数列概念的理解
(1)定义中强调“从第2项起”,因为第1项没有前一项.
(2)每一项与它的前一项的差必须是同一个常数(因为同一个常数体现了等差数列的基本特征).
(3)公差可以是正数、负数、零.
核心素养形成
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【跟踪训练】
1.(多选)下列数列中,是等差数列的是( )
A.1,4,7,10 B.lg 2,lg 4,lg 8,lg 16
C.25,24,23,22 D.10,8,6,4,2
解析:根据等差数列的定义可得,对于A,满足4-1=7-4=10-7=3(常数),所以是等差数列;对于B,满足lg 4-lg 2=lg 8-lg 4=lg 16-lg 8=lg 2(常数),所以是等差数列;对于C,因为24-25≠23-24,不满足等差数列的定义,所以不是等差数列;对于D,满足8-10=6-8=4-6=2-4=-2(常数),所以是等差数列.故选ABD.
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题型二 等差中项
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(2)已知2m与n的等差中项为5,m与2n的等差中项为4,则m与n的等差中项为________.
解析 依题意可得2m+n=10,m+2n=8,两式相加,得3m+3n=18,所以m+n=6,故m与n的等差中项为3.
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【感悟提升】
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【跟踪训练】
2.在-1与7之间顺次插入三个数a,b,c,使这五个数成等差数列,求此数列.
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题型三 等差数列的通项公式
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【感悟提升】
等差数列通项公式的求法与应用技巧
(1)等差数列的通项公式可由首项与公差确定,所以要求等差数列的通项公式,只需求出首项与公差即可.
(2)等差数列{an}的通项公式an=a1+(n-1)d中共含有四个参数,即a1,d,n,an,如果知道了其中的任意三个参数,那么就可以由通项公式求出第四个参数,这一求未知量的过程,我们通常称之为“知三求一”.
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【跟踪训练】
3.(1)在等差数列{an}中,已知a5=10,a12=31,求首项a1与公差d.
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解: 设等差数列{an}的公差为d,
由已知,得1+2d=(1+d)2-4,解得d=±2,
当d=2时,an=1+(n-1)×2=2n-1;
当d=-2时,an=1+(n-1)×(-2)=-2n+3.
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题型四 等差数列的判定与证明
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【感悟提升】
等差数列的判定方法
(1)定义法:an+1-an=d(d为常数,n∈N*)⇔{an}是等差数列.
(2)等差中项法:2an+1=an+an+2(n∈N*)⇔{an}是等差数列.
(3)通项法:an=kn+b(k,b为常数,n∈N*)⇔{an}是等差数列.
核心素养形成
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【跟踪训练】
4.(1)已知数列{an}满足2an+(n-1)an-1=nan+a1(n∈N*,且n≥2),证明:数列{an}为等差数列.
证明: 将2an+(n-1)an-1=nan+a1(n≥2)中的n替换为n+1,得2an+1+nan=(n+1)an+1+a1.
两式相减并整理,得(2n-2)an=(n-1)an+1+(n-1)an-1(n≥2),
由n≥2,得2an=an+1+an-1.故数列{an}为等差数列.
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核心素养形成
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随堂水平达标
1.已知数列{an}是等差数列.若a1=2,a4=2a3,则公差d=( )
A.0 B.2
C.-1 D.-2
解析:由题意知,a1+3d=2(a1+2d),即2+3d=2(2+2d),解得d=-2.故选D.
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4.已知等差数列{an}中,a15=33,a61=217,则a45=________.
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随堂水平达标
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随堂水平达标
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课后课时精练
基础题(占比60%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★
对点 由等差中项公式求等差中项 求等差数列的通项公式 由等差数列中的项确定项数 求等差数列的通项公式及绝对值最小的项 由递推关系判断等差数列并求通项公式 由等差中项公式求值 由等差数列项的大小求公差的取值范围
题号 8 9 10 11 12 13 14
难度 ★★ ★ ★ ★★ ★★ ★★★ ★★★
对点 由等差数列中的项求通项公式;确定某数的项数 等差数列的通项公式、图象、单调性 等差中项公式;用等差中项公式证明等差数列 求等差数列的通项公式和等差数列中的项 构造等差数列求通项公式及数列中的项 用定义证明等差数列;判断某数是否在数列中 由数列中的项求参数值;判断数列是否为等差数列
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一、选择题
1.方程x2+6x+1=0的两根的等差中项为( )
A.1 B.6
C.5 D.-3
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3.等差数列1,-1,-3,-5,…,-89的项数是( )
A.92 B.47
C.46 D.45
解析:∵a1=1,公差d=-1-1=-2,∴an=1+(n-1)×(-2)=-2n+3,由-89=-2n+3,得n=46.
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4.等差数列{an}中,a1=70,公差d=-9,则数列{an}中绝对值最小的一项为( )
A.a8 B.a9
C.a10 D.a11
解析:∵an=a1+(n-1)d=79-9n,d=-9<0,∴数列{an}为递减数列,a8=7,a9=-2.∴a9的绝对值最小.故选B.
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5.(多选)已知数列{an}满足a1=10,a2=5,an-an+2=2(n∈N*),则下列说法正确的是( )
A.数列{an}是等差数列
B.a2k=7-2k(k∈N*)
C.a2k-1=12-2k(k∈N*)
D.an+an+1=18-3n
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解析:由an-an+2=2,得a3=a1-2=8,因为2a2≠a1+a3,所以数列{an}不是等差数列,A错误;由an-an+2=2,知{an}的偶数项、奇数项分别构成等差数列,公差都为-2,当n=2k(k∈N*)时,a2k=a2+(k-1)×(-2)=7-2k,当n=2k-1(k∈N*)时,a2k-1=a1+(k-1)×(-2)=12-2k,故B,C正确;当n=2时,a2+a3=5+8=13,不满足an+an+1=18-3n,故D错误.故选BC.
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二、填空题
6.等差数列的前4项依次是a-1,a+1,2a+3,2b-3,则a=_____,b=_____.
0
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8.将由2,5,8,11, 14,…组成的等差数列按顺序写在练习本上,已知每行写13个,每页有21行,则5555在第_____页第_____行.(用数字作答)
解析:由2,5,8,11,14,…组成的等差数列的通项公式为an=3n-1,令3n-1=5555,解得n=1852.又13×21=273,1852=273×6+214,214=13×16+6.所以5555在第7页第17行.
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三、解答题
9.已知(3,-5),(5,-13)是等差数列{an}的图象上的两点.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)画出数列{an}的图象;
(3)判断数列{an}的单调性.
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11. “中国剩余定理”又称“孙子定理”,1852年英国来华传教士伟烈亚力将《孙子算经》中“物不知数”问题的解法传至欧洲.1874年,英国数学家马西森指出此法符合1801年由高斯得出的关于同余式解法的一般性定理,因而西方称之为“中国剩余定理”.“中国剩余定理”讲的是一个关于整除的问题,现有这样一个整除问题:将正整数中能被3除余2且被7除余2的数按由小到大的顺序排成一列,构成数列{an},则a6=( )
A.17 B.37
C.107 D.128
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解析:因为an能被3除余2且被7除余2,所以an-2既是3的倍数,又是7的倍数,即是21的倍数,且an>0,所以an-2=21(n-1),即an=21n-19,所以a6=21×6-19=107.故选C.
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14.已知数列{an}满足a1=1,an+1=(n2+n-λ)an(n=1,2,…),λ是常数.
(1)当a2=-1时,求λ及a3的值;
(2)是否存在实数λ,使数列{an}为等差数列?若存在,求出λ及数列{an}的通项公式;若不存在,请说明理由.
解:(1)因为an+1=(n2+n-λ)an(n=1,2,…),且a1=1,
所以由a2=-1,得-1=2-λ,故λ=3.
从而a3=(22+2-3)×(-1)=-3.
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(2)不存在实数λ,使数列{an}为等差数列.
证明如下:由a1=1,an+1=(n2+n-λ)an,得
a2=2-λ,a3=(6-λ)(2-λ),
a4=(12-λ)(6-λ)(2-λ).
若存在实数λ,使数列{an}为等差数列,
则a3-a2=a2-a1,即(5-λ)(2-λ)=1-λ,解得λ=3.
于是a2-a1=1-λ=-2,a4-a3=(11-λ)(6-λ)(2-λ)=-24,
这与数列{an}为等差数列矛盾.
所以不存在实数λ,使数列{an}为等差数列.
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R
1.(等差数列的概念)(多选)下列数列是等差数列的是( )
A.0,0,0,0,0,…
B.1,11,111,1111,…
C.-5,-3,-1,1,3,…
D.1,2,3,5,8,…
2.(等差数列的公差)已知等差数列{an},a1=2,a3=5,则公差d=( )
A.eq \f(2,3)
B.eq \f(3,2)
C.3
D.-3
3.(等差中项)-2与11的等差中项为________.
4.(等差数列的通项公式)等差数列{an}中,a3=5,a7=13,则数列{an}的通项公式是_______________.
eq \f(9,2)
(1)已知a=eq \r(3)+eq \r(2),b=eq \r(3)-eq \r(2),则a与b的等差中项为( )
A.eq \r(2)
B.eq \r(3)
C.eq \f(1,\r(3))
D.eq \f(1,\r(2))
解析:a与b的等差中项为eq \f(a+b,2)=eq \f((\r(3)+\r(2))+(\r(3)-\r(2)),2)=eq \r(3).故选B.
等差中项的应用策略
若a,A,b成等差数列,则A=eq \f(a+b,2);反之,由A=eq \f(a+b,2)也可得到a,A,b成等差数列,所以A是a,b的等差中项⇔A=eq \f(a+b,2).
解:∵-1,a,b,c,7成等差数列,∴b是-1与7的等差中项,∴b=eq \f(-1+7,2)=3.a是-1与3的等差中项,∴a=eq \f(-1+3,2)=1.又c是3与7的等差中项,∴c=eq \f(3+7,2)=5,∴此数列为-1,1,3,5,7.
在等差数列{an} 中,
(1)已知a1=2,d=3,n=10,求an;
(2)已知a1=3,an=21,d=2,求n;
(3)已知a1=12,a6=27,求d;
(4)已知d=-eq \f(1,3),a7=8,求a1和an.
解 (1)an=a10=a1+(10-1)d=2+9×3=29.
(2)由an=a1+(n-1)d,得3+2(n-1)=21,解得n=10.
(3)由a6=a1+5d,得12+5d=27,解得d=3.
(4)由a7=a1+6d,得a1+6×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)))=8,解得a1=10,
所以an=a1+(n-1)d=10-eq \f(1,3)(n-1)=-eq \f(1,3)n+eq \f(31,3).
解:因为a5=10,a12=31,
所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+4d=10,,a1+11d=31,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=-2,,d=3.))
(2)已知等差数列{an}满足a1=1,a3=aeq \o\al(2,2)-4,求数列{an}的通项公式.
已知数列{an}中,a1=2,an=2-eq \f(1,an-1)(n≥2,n∈N*),设bn=eq \f(1,an-1)(n∈N*),证明数列{bn}是等差数列,并求数列{an}的通项公式.
解 因为an=2-eq \f(1,an-1),所以an+1=2-eq \f(1,an).
则bn+1-bn=eq \f(1,an+1-1)-eq \f(1,an-1)=eq \f(1,2-\f(1,an)-1)-eq \f(1,an-1)=eq \f(an-1,an-1)=1,
所以数列{bn}是首项为b1=eq \f(1,2-1)=1,公差为1的等差数列,
所以bn=n,所以bn=eq \f(1,an-1)=n(n∈N*),
解得an=1+eq \f(1,n)(n∈N*),
所以数列{an}的通项公式为an=1+eq \f(1,n)(n∈N*).
(2)已知a1=2,若an+1=2an+2n+1,证明eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,2n)))为等差数列,并求{an}的通项公式.
解:因为an+1=2an+2n+1,
所以eq \f(an+1,2n+1)-eq \f(an,2n)=eq \f(2an+2n+1,2n+1)-eq \f(an,2n)=1,
所以eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,2n)))是以1为首项,1为公差的等差数列,
所以eq \f(an,2n)=1+(n-1)×1=n,所以an=n·2n.
2.已知一个等差数列的前4项是a,x,b,2x(x≠0),则eq \f(a,b)=( )
A.eq \f(1,4)
B.eq \f(1,2)
C.eq \f(1,3)
D.eq \f(2,3)
解析:∵eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x=a+b,,2b=x+2x,))∴a=eq \f(x,2),b=eq \f(3x,2),∴eq \f(a,b)=eq \f(1,3).
3.(多选)下列结论正确的是( )
A.若an=an-1+π(n≥2),则数列{an}是等差数列
B.若an+1-an=n,则数列{an}是等差数列
C.若an=bn+c(b,c是常数),则数列{an}是等差数列
D.若数列{an}是等差数列,则数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))也是等差数列
解析:对于A,由an=an-1+π(n≥2),得an-an-1=π(n≥2),满足等差数列的定义,所以数列{an}是等差数列,故A正确;对于B,因为an+1-an=n,n不是常数,不满足等差数列的定义,所以数列{an}不是等差数列,故B错误;对于C,因为an=bn+c,an-1=b(n-1)+c=bn+c-b(n≥2),所以an-an-1=b(n≥2),满足等差数列的定义,所以数列{an}是等差数列,故C正确;对于D,因为数列{an}是等差数列,所以an-an-1=d(d为常数,n≥2),但eq \f(1,an)-eq \f(1,an-1)(n≥2)不一定是常数,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))不一定是等差数列,故D错误.故选AC.
解析:设等差数列{an}的公差为d,∵a15=33,a61=217,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+14d=33,,a1+60d=217,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=-23,,d=4,))∴a45=a1+(45-1)×4=-23+176=153.
5.已知数列{an}满足a1=1,且an+1=eq \f(an,an+1),则数列{an}的通项公式为an=________.
解析:因为an+1=eq \f(an,an+1),所以eq \f(1,an+1)=eq \f(an+1,an)=eq \f(1,an)+1,eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=1,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))是首项为1,公差为1的等差数列,所以eq \f(1,an)=n,an=eq \f(1,n).
eq \f(1,n)
解析:由x1+x2=-6,知x1,x2的等差中项A=eq \f(x1+x2,2)=-3.
2.数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,n)))是以2为首项,3为公差的等差数列,则an=( )
A.3n-1
B.3n+1
C.3n2-n
D.3n2+n
解析:由题意,得eq \f(an,n)=2+3(n-1)=3n-1,所以an=3n2-n.故选C.
解析:依题意可知eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a-1+2a+3=2(a+1),,a+1+2b-3=2(2a+3),))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=0,,b=4.))
7.已知等差数列{an}的首项为eq \f(1,22),若{an}从第11项起比1大,则其公差d的取值范围是________.
解析:依题意,an=a1+(n-1)d=eq \f(1,22)+(n-1)d,由{an}从第11项起比1大,得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a10≤1,,a11>1,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)+9d≤1,,\f(1,22)+10d>1,))解得eq \f(21,220)<d≤eq \f(7,66),所以公差d的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(21,220),\f(7,66))).
eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(21,220),\f(7,66)))
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,
因为(3,-5),(5,-13)是等差数列{an}的图象上的两点,
所以a3=-5,a5=-13,
即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+2d=-5,,a1+4d=-13,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(d=-4,,a1=3,))
所以an=3+(n-1)×(-4)=-4n+7.
(2)由(1)可知,数列{an}的图象是均匀分布在直线y=-4x+7上的一系列孤立的点,如图.
(3)由(1)可知公差d=-4<0,所以数列{an}为递减数列.
10.已知eq \f(1,a),eq \f(1,b),eq \f(1,c)成等差数列,并且a+c,a-c,a+c-2b均为正数,求证:lg (a+c),lg (a-c),lg (a+c-2b)成等差数列.
证明:∵eq \f(1,a),eq \f(1,b),eq \f(1,c)成等差数列,
∴eq \f(2,b)=eq \f(1,a)+eq \f(1,c),∴eq \f(2,b)=eq \f(a+c,ac),即2ac=b(a+c).
(a+c)(a+c-2b)=(a+c)2-2b(a+c)=(a+c)2-2×2ac=a2+c2+2ac-4ac=(a-c)2.
∵a+c,a-c,a+c-2b均为正数,上式左右两边同时取对数,得lg [(a+c)(a+c-2b)]=lg (a-c)2,
即lg (a+c)+lg (a+c-2b)=2lg (a-c),
∴lg (a+c),lg (a-c),lg (a+c-2b)成等差数列.
12.已知数列{an}满足a1=0,an+1=an+2eq \r(an+1)+1,则a13=________.
解析:由an+1=an+2eq \r(an+1)+1,得an+1+1=(eq \r(an+1)+1)2,∴eq \r(an+1+1)-eq \r(an+1)=1.又a1=0,∴数列{eq \r(an+1)}是以1为首项,1为公差的等差数列,则eq \r(an+1)=n,∴an=n2-1,∴a13=132-1=168.
13.已知数列{an}满足a1=eq \f(1,5),且当n>1,n∈N*时,有eq \f(an-1,an)=eq \f(2an-1+1,1-2an),设bn=eq \f(1,an),n∈N*.
(1)求证:数列{bn}为等差数列;
(2)试问a1a2是否是数列{an}中的项?如果是,是第几项?如果不是,请说明理由.
解:(1)证明:当n>1,n∈N*时,eq \f(an-1,an)=eq \f(2an-1+1,1-2an)⇔eq \f(1-2an,an)=eq \f(2an-1+1,an-1)⇔eq \f(1,an)-2=2+eq \f(1,an-1)⇔eq \f(1,an)-eq \f(1,an-1)=4⇔bn-bn-1=4,且b1=eq \f(1,a1)=5.
∴数列{bn}是首项为5,公差为4的等差数列.
(2)由(1)知bn=b1+(n-1)d=5+4(n-1)=4n+1.
∴an=eq \f(1,bn)=eq \f(1,4n+1),n∈N*.
∴a2=eq \f(1,9),∴a1a2=eq \f(1,45).
令an=eq \f(1,4n+1)=eq \f(1,45),∴n=11,
即a1a2=a11,
∴a1a2是数列{an}中的项,且是第11项.
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