内容正文:
第四章 数列
章末总结
知识系统整合
学科素养培优
目录
知识系统整合
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一、等差、等比数列的判定
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(3)通项公式法:an=kn+b(n∈N*,k,b是常数)⇔{an}是等差数列;an=cqn(n∈N*,c,q为非零常数)⇔{an}是等比数列.
(4)前n项和公式法:Sn=An2+Bn(A,B为常数,n∈N*)⇔{an}是等差数列;Sn=Aqn-A(A,q为常数,且A≠0,q≠0,q≠1,n∈N*)⇔{an}是公比不等于1的等比数列.
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数列的通项公式是数列的核心之一,它如同函数中的解析式一样,有解析式便可研究函数的性质,而有了数列的通项公式,便可求出数列中的任何一项及前n项和.常见的数列通项公式的求法有以下几种:
1.观察归纳法求数列的通项公式
就是观察数列的特征,横向看各项之间的关系结构,纵向看各项与序号n的内在联系,结合常见数列的通项公式,归纳出所求数列的通项公式.
二、数列通项公式的求法
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已知数列{an}满足an+1=2an+3×5n,a1=2,求数列{an}的通项公式.
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数列求和一直是考试的热点,在命题中,多以与不等式的证明或求解相结合的形式出现.一般数列的求和,可以通过构造将其转化为等差数列或等比数列的求和问题,对于非等差数列、非等比数列的求和,常用的方法有:分组求和、并项求和、裂项相消、倒序相加、错位相减等.题型多以解答题的形式出现,难度较大.
三、数列求和
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解 (1)∵an+1-1=c(an-1),∴当a≠1时,{an-1}是首项为a-1,公比为c的等比数列.
∴an-1=(a-1)cn-1,即an=(a-1)cn-1+1.
当a=1时,an=1,仍满足上式,
∴数列{an}的通项公式为an=(a-1)cn-1+1(n∈N*).
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数列的综合应用与创新问题通常涉及到数列与函数、不等式、解析几何等多个知识点的结合,解决数列的综合应用与创新问题,需要熟练掌握数列的基本概念、公式和性质,灵活运用各种数学方法和技巧,同时要具备较强的逻辑思维能力和创新意识.以下是一些常见问题的解决方法:
(1)数列与函数的综合问题
利用函数的性质来研究数列问题,如函数的单调性、最值等.对于以函数形式给出的数列通项公式,可通过分析函数的特点来确定数列的性质.
四、数列的综合应用与创新问题
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(2)数列与不等式的综合问题
证明与数列相关的不等式时,常用的方法有比较法(作差或作商)、放缩法、数学归纳法等.放缩法是一种较为灵活且常用的方法,需要根据数列的特点进行适当的放缩.
(3)数列与解析几何的综合问题
将数列的项与点的坐标联系起来,利用解析几何的知识,如直线斜率、两点间距离公式、曲线方程等,来解决数列问题.
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(4)数列中的创新问题
对于新定义的数列问题,首先要仔细理解新定义的概念和规则,然后将其转化为熟悉的数列问题进行求解.通过分析数列的前几项,尝试找出规律,再利用归纳、类比等方法进行推理和证明.
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等差、等比数列的判定方法
(1)定义法:an+1-an=d(n∈N*,d为常数)⇔{an}是等差数列;eq \f(an+1,an)=q(n∈N*,q为常数,q≠0)⇔{an}是等比数列.
(2)中项公式法:2an+1=an+an+2(n∈N*)⇔{an}是等差数列;aeq \o\al(2,n+1)=anan+2(n∈N*,an≠0)⇔{an}是等比数列.
在数列{an},{bn}中,已知a1=eq \f(1,2),且2an+1=an+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n),bn=2nan,求证:数列{bn}是等差数列.
证明 由2an+1=an+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n),得an+1=eq \f(1,2)an+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1),所以bn+1-bn=2n+1an+1-2nan=2n+1eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2)an+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n+1)))-2nan=1,即bn+1-bn=1,所以数列{bn}是以b1=2a1=1为首项,1为公差的等差数列.
若数列{an}满足an+1=2,n)eq \f(a+an-1-2an,an-1-1)
(n≥2),求证:{an-1}为等比数列.
证明 ∵an+1=2,n)eq \f(a+an-1-2an,an-1-1)
(n≥2),
∴an+1-1=2,n)eq \f(a+an-1-2an,an-1-1)
-1=2,n)eq \f(a-2an+1,an-1-1)
=eq \f((an-1)2,an-1-1),
即(an+1-1)(an-1-1)=(an-1)2,
又由an+1=2,n)eq \f(a+an-1-2an,an-1-1)
(n≥2),得an-1-1≠0(n≥2),即an-1≠0(n∈N*),
∴{an-1}为等比数列.
2.利用公式法求数列的通项公式
数列符合等差数列或等比数列的定义,求通项时,只需求出a1与d或a1与q,再代入公式an=a1+(n-1)d或eq \a\vs4\al(an)=a1qn-1中即可.
3.利用an与Sn的关系求数列的通项公式
如果给出的条件是an与Sn的关系式,可利用an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(S1,n=1,,Sn-Sn-1,n≥2,))先求出a1=S1,再通过计算求出an(n≥2)的关系式,检验当n=1时,a1是否满足该式,若不满足该式,则an要分段表示.
4.利用累加法、累乘法求数列的通项公式
形如:已知a1,且an+1-an=f(n)(f(n)是可求和数列)的形式均可用累加法;
形如:已知a1,且eq \f(an+1,an)=f(n)(f(n)是可求积数列)的形式均可用累乘法.
5.构造法(利用数列的递推公式研究数列的通项公式)
若由已知条件直接求an较难,可以通过整理变形等,从中构造出一个等差数列或等比数列,从而求出通项公式.
已知数列{an}满足a1=2,an+1=an+eq \f(2,n(n+1)),则an=( )
A.4+eq \f(2,n)
B.4-eq \f(2,n)
C.2+eq \f(1,n)
D.2-eq \f(1,n)
解析 由题意可得an+1-an=eq \f(2,n(n+1))=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,n)-\f(1,n+1))),所以a2-a1=2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,1)-\f(1,2))),a3-a2=2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)-\f(1,3))),…,an-an-1=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,n-1)-\f(1,n))),上式累加可得an-a1=(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)=2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,1)-\f(1,2)+\f(1,2)-\f(1,3)+…+\f(1,n-1)-\f(1,n)))=2-eq \f(2,n),又a1=2,所以an=4-eq \f(2,n)(n≥2),又a1=2符合上式,所以an=4-eq \f(2,n).故选B.
\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,n)))INCLUDEPICTURE"灰典例4.TIF"
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\565数学(选择性必修第二册导学案(A版\\灰典例4.TIF" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "\\\\石维\\石维\\PPT\\数学\\25年\\565数学(选择性必修第二册导学案(A版\\灰典例4.TIF" \* MERGEFORMATINET
已知数列{an}中,a1=1,an=·an-1(n≥2),求数列{an}的通项公式.
解 因为a1=1,an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,n)))an-1(n≥2),
所以eq \f(an,an-1)=eq \f(n-1,n),所以an=eq \f(an,an-1)×eq \f(an-1,an-2)×eq \f(an-2,an-3)×…×eq \f(a3,a2)×eq \f(a2,a1)×a1=eq \f(n-1,n)×eq \f(n-2,n-1)×eq \f(n-3,n-2)×…×eq \f(2,3)×eq \f(1,2)×1=eq \f(1,n).
又因为a1=1符合上式,所以an=eq \f(1,n).
解 两边同除以5n+1,得eq \f(an+1,5n+1)=eq \f(2,5)×eq \f(an,5n)+eq \f(3,5),
可得eq \f(an+1,5n+1)-1=eq \f(2,5)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(an,5n)-1)).
由于eq \f(a1,5)-1=-eq \f(3,5)≠0,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,5n)-1))是以-eq \f(3,5)为首项,eq \f(2,5)为公比的等比数列,从而eq \f(an,5n)-1=-eq \f(3,5)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,5)))eq \s\up12(n-1),故数列{an}的通项公式为an=5n-3×2n-1.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=eq \f(1,(an-1)(an+1)),求数列{bn}的前n项和Tn.
解 (1)设等差数列{an}的公差为d,d≠0,
由S5=30,得5a1+10d=30,①
∵a1,a2,a4成等比数列,∴aeq \o\al(2,2)=a1a4,
∴(a1+d)2=a1(a1+3d),②
由①②解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=2,,d=2,))
∴数列{an}的通项公式为an=2n.
(2)由bn=eq \f(1,(an-1)(an+1)),an=2n,得
bn=eq \f(1,(2n-1)(2n+1))=eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1))).
则数列{bn}的前n项和Tn=b1+b2+…+bn=
eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,3)+\f(1,3)-\f(1,5)+…+\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1)))=eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,2n+1)))=eq \f(n,2n+1).
2,3)INCLUDEPICTURE"灰典例7.TIF"
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已知等比数列{an}的各项均为正数,2a5,a4,4a6成等差数列,且满足a4=4a,数列{bn}的前n项和Sn=eq \f((n+1),2)bn,n∈N*,且b1=1.
(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(2)设cn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(bn,n为奇数,,an,n为偶数,))求数列{cn}的前n项和Pn.
解 (1)设数列{an}的公比为q,
因为an>0,所以q>0.
由题意,得2,3)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a4=2a5+4a6,,a4=4a,))
得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2q2+q-1=0,,1=4a1q,))
解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(q=\f(1,2),,a1=\f(1,2),))所以an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n).
当n≥2时,bn=Sn-Sn-1=eq \f(n+1,2)bn-eq \f(nbn-1,2),
即eq \f(bn,n)=eq \f(bn-1,n-1),又b1=1,eq \f(b1,1)=1,
所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(bn,n)))是首项为1的常数列,eq \f(bn,n)=1,所以bn=n.
(2)由(1)可得cn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n,n为奇数,,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n),n为偶数,))
当n为偶数时,
Pn=(b1+b3+…+bn-1)+(a2+a4+…+an)
=[1+3+…+(n-1)]+eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(2)+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(4)+…+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n)))=eq \f((1+n-1)·\f(n,2),2)+eq \f(\f(1,4)\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))\s\up12(\f(n,2)))),1-\f(1,4))
=eq \f(n2,4)+eq \f(1,3)-eq \f(1,3)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n);
当n为奇数时,n+1为偶数,
Pn=Pn+1-an+1=eq \f((n+1)2,4)+eq \f(1,3)-eq \f(1,3)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1)=eq \f((n+1)2,4)+eq \f(1,3)-eq \f(1,3)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n-1).
综上,
Pn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(n2,4)+\f(1,3)-\f(1,3)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n),n为偶数,,\f((n+1)2,4)+\f(1,3)-\f(1,3)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n-1),n为奇数.))
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设a=eq \f(1,2),c=eq \f(1,2),bn=n(1-an),n∈N*,求数列{bn}的前n项和Sn.
(2)由(1),得bn=n(1-a)cn-1=neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n),
∴Sn=b1+b2+…+bn=1×eq \f(1,2)+2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(2)+…+n×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n),①
eq \f(1,2)Sn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(2)+2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(3)+…+(n-1)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n)+n×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1),②
∴①-②,得eq \f(1,2)Sn=eq \f(1,2)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(2)+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n)-n×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1)=eq \f(\f(1,2)\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n))),1-\f(1,2))-n×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1)=1-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n)-n×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1)=1-(2+n)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n+1),
∴Sn=2-(2+n)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(n).
2,n)INCLUDEPICTURE"灰典例9.TIF"
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若数列{An}满足An+1=A,则称数列{An}为“平方递推数列”.已知数列{an}满足a1=8,an+1=aeq \o\al(2,n)+4an+2.
(1)证明:数列{an+2}是“平方递推数列”;
(2)设数列{an+2}的前n项积为Tn,即Tn=(a1+2)(a2+2)…(an+2).
①求lg Tn;
②若bn=eq \f(lg Tn,lg (an+2)),数列{bn}的前n项和为Sn,求使得Sn>4048的n的最小值.
解 (1)证明:由题意,知an+1+2=aeq \o\al(2,n)+4an+4=(an+2)2,
所以数列{an+2}是“平方递推数列”.
(2)①由(1)知an+1+2=(an+2)2,
又a1+2=10,所以an+2>0,且lg (an+2)≠0,
所以lg (an+1+2)=lg (an+2)2=2lg (an+2),
又lg (a1+2)=1≠0,
所以数列{lg (an+2)}是首项为1,公比为2的等比数列,
所以lg (an+2)=2n-1,
所以lg Tn=lg [(a1+2)(a2+2)…(an+2)]=lg (a1+2)+lg (a2+2)+…+lg (an+2)=20+21+…+2n-1=eq \f(1×(1-2n),1-2)=2n-1.
②由①,知bn=eq \f(lg Tn,lg (an+2))=eq \f(2n-1,2n-1)=2-eq \f(1,2n-1),
Sn=b1+b2+…+bn=2-eq \f(1,20)+2-eq \f(1,21)+…+2-eq \f(1,2n-1)=2n-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,20)+\f(1,21)+…+\f(1,2n-1)))=2n-eq \f(1×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,2n))),1-\f(1,2))=2n-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2-\f(1,2n-1)))=2n+eq \f(1,2n-1)-2.
由Sn>4048,即2n+eq \f(1,2n-1)-2>4048,得2n+eq \f(1,2n-1)>4050,
因为对任意的n∈N*,2(n+1)+eq \f(1,2n)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+\f(1,2n-1)))=2-eq \f(1,2n)>0,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2n+\f(1,2n-1)))是递增数列,
又当n=2024时,2×2024+eq \f(1,22023)<4050,
当n=2025时,2×2025+eq \f(1,22024)>4050,
所以使得Sn>4048的n的最小值为2025.
$