内容正文:
第一章 数列
§2 等差数列
2.2 等差数列的前n项和
第1课时 等差数列的前n项和
课程标准:1.探索并掌握等差数列的前n项和公式.2.理解等差数列的通项公式与前n项和公式的关系.
教学重点:1.等差数列的前n项和公式的推导过程.2.利用等差数列的前n项和公式解决问题.3.熟练掌握等差数列的五个量a1,d,n,an,Sn的关系,能够由其中的三个量求另外的两个.
教学难点:等差数列的前n项和公式的推导过程.
核心素养:在探索等差数列的前n项和公式的过程中,发展数学运算和逻辑推理素养.
(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
倒序相加法
核心概念掌握
5
核心概念掌握
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核心概念掌握
7
核心概念掌握
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1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)知道等差数列的首项、公差与前n项和可求项数n.( )
(2)对于数列{an},一定有关系式an=Sn-Sn-1.( )
(3)若数列{an}的前n项和为Sn=n2+n+1,则数列{an}是等差数列.( )
答案: (1)√ (2)× (3)×
核心概念掌握
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2.做一做(请把正确的答案写在横线上)
(1)若数列{an}的前n项和Sn=n2,则a3+a4+a5=________.
(2)等差数列{an}中,a1=6,a12=-16,则S12=________.
(3)等差数列{an}中,a1=2,公差d=2,则S10=________.
(4)已知数列{an}的通项公式为an=-5n+2,则其前n项和Sn=________.
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-60
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核心概念掌握
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核心素养形成
题型一 等差数列前n项和的基本计算
例1 (1)已知{an}是等差数列,a10=10,其前10项和S10=70,求公差d.
核心素养形成
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(2)已知{an}为等差数列,公差d=2,前n项和为Sn,an=11,Sn=35,求a1,n.
核心素养形成
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(3)在等差数列{an}中,已知a2+a5=19,S5=40,求a10.
核心素养形成
14
[条件探究] 本例(2)中,将“公差d=2”改为“a1=3”,其他条件不变,求n和公差d.
核心素养形成
15
核心素养形成
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【跟踪训练】
1.(1)(新课标Ⅱ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和,若S3=6,S5=-5,则S6=( )
A.-20 B.-15
C.-10 D.-5
核心素养形成
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(2)等差数列{an}中,a10=30,a20=50.
①求an和S29;
②若Sn=242,求n.
核心素养形成
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题型二 利用Sn判断等差数列
例2 设Sn为数列{an}的前n项和,且Sn=2n2-30n.
(1)求a1及an;
(2)判断这个数列是否是等差数列.
解 (1)因为Sn=2n2-30n,所以当n=1时,a1=S1=2×12-30×1=-28,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n2-30n-[2(n-1)2-30(n-1)]=4n-32.
验证当n=1时上式成立,所以an=4n-32.
(2)由an=4n-32,得an-1=4(n-1)-32(n≥2),
所以an-an-1=4n-32-[4(n-1)-32]=4(常数),
所以数列{an}是以-28为首项,4为公差的等差数列.
核心素养形成
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【感悟提升】已知数列{an}的前n项和Sn=An2+Bn+C(A≠0),当C=0时,{an}为等差数列;当C≠0时,{an}为非等差数列.
核心素养形成
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【跟踪训练】
2.已知数列{an}的前n项和Sn=25n-2n2+r.
(1)当r=0时,求证:数列{an}是等差数列;
(2)若数列{an}是等差数列,求r满足的条件.
解:(1)证明:当r=0时,Sn=25n-2n2,
令n=1,得S1=25-2=23,所以当n≥2时,Sn-1=25(n-1)-2(n-1)2,
所以an=Sn-Sn-1=25n-2n2-25(n-1)+2(n-1)2=27-4n,
此时a1=27-4=23,所以an=27-4n,
所以an-an-1=(27-4n)-27+4(n-1)=-4,
可得数列{an}是公差为-4的等差数列.
核心素养形成
21
(2)Sn=25n-2n2+r,
令n=1,得S1=25-2+r=23+r,
所以当n≥2时,Sn-1=25(n-1)-2(n-1)2+r,
所以an=Sn-Sn-1=25n-2n2-25(n-1)+2(n-1)2=27-4n,
所以an-an-1=(27-4n)-27+4(n-1)=-4,
可得当n≥2时,数列{an}是公差为-4的等差数列,
若数列{an}是等差数列,
则a1=27-4=23=23+r,
所以r=0.
核心素养形成
22
随堂水平达标
1.(全国甲卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a2+a6=10,a4a8=45,则S5=( )
A.25 B.22
C.20 D.15
随堂水平达标
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2.若一个等差数列{an}的前3项和为34,最后3项的和为146,且所有项的和为390,则这个数列有( )
A.13项 B.12项
C.11项 D.10项
随堂水平达标
25
随堂水平达标
26
4.设数列{an},{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,其中an=-3n+20,bn=|an|,则使Tn=Sn成立的最大正整数为________,S2026+T2026=________.
6
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随堂水平达标
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5.在等差数列{an}中,
(1)已知S8=48,S12=168,求a1和d;
(2)已知a6=10,S5=5,求a8和S8;
(3)已知a3+a15=40,求S17.
随堂水平达标
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课后课时精练
课后课时精练
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2
3
4
5
6
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8
9
10
A级
30
2.已知Sn为等差数列{an}的前n项和,a4+S7=-16,a8=-a4,则S10=( )
A.5 B.0
C.-10 D.-5
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A级
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A级
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5.(多选)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a1+3a5=S7,则下列结论一定正确的是( )
A.a4=0 B.S3>0
C.S1=S6 D.|a3|<|a5|
解析:设等差数列{an}的公差为d,则a1+3(a1+4d)=7a1+21d,解得a1=-3d,所以an=a1+(n-1)d=(n-4)d,所以a4=0,故A正确;由于d的正负不清楚,故S3可能大于0,也可能小于0,故B不正确;因为S6-S1=5a4=0,所以S1=S6,故C正确;因为a3+a5=2a4=0,所以a3=-a5,即|a3|=|a5|,故D不正确.故选AC.
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A级
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二、填空题
6.(新课标Ⅱ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和,若a3+a4=7,3a2+a5=5,则S10=________.
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A级
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7.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若S12=21,则a2+a5+a8+a11=________.
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A级
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8.若数列{an}的前n项和Sn=n2-4n+2,则|a1|+|a2|+…+|a10|=________.
解析:当n=1时,a1=S1=1-4+2=-1;当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-4n+2-[(n-1)2-4(n-1)+2]=2n-5,所以a2=-1,所以前2项是负数.故|a1|+|a2|+…+|a10|=S10+2(|a1|+|a2|)=102-4×10+2+2×(1+1)=66.
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三、解答题
9.在等差数列{an}中,
(1)已知a4=9,a9=-6,Sn=54,求n;
(2)已知a2=1,a5=7,求S10;
(3)已知S5=24,求a2+a4.
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A级
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1.已知一次函数f(x)=x+8-2n.
(1)设函数y=f(x)的图象与y轴交点的纵坐标构成数列{an},求证:数列{an}为等差数列;
(2)设函数y=f(x)的图象与y轴的交点到x轴的距离构成数列{bn},求数列{bn}的前n项和Sn.
解:(1)证明:由题意,得an=8-2n.
∵an+1-an=8-2(n+1)-8+2n=-2,
∴数列{an}为等差数列.
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B级
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2
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R
知识点 等差数列的前n项和公式及其推导
1.等差数列前n项和公式的推导思路:它来源于对等差数列的第k项与倒数第k项的和都等于首项a1和末项an的和这一性质的认识和发现.推导方法是___________.
2.等差数列的前n项和公式
因为等差数列{an}中,有a1+an=a2+an-1=…=ak+an-k+1成立,所以可得到等差数列前n项和公式为Sn=eq \f(n(a1+an),2).
如果代入等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d,Sn也可以用首项a1与公差d表
示,即Sn=_______________.
na1+eq \f(n(n-1),2)d
3.等差数列前n项和公式Sn=na1+eq \f(n(n-1),2)d还可以由如下方法推导:
Sn=a1+a2+…+an=a1+(a1+d)+(a1+2d)+…+[a1+(n-1)d],
Sn=an+an-1+…+a1=[a1+(n-1)d]+[a1+(n-2)d]+[a1+(n-3)d]+…+a1,
∴2Sn=[2a1+(n-1)d]+[2a1+(n-1)d]+…+[2a1+(n-1)d]=n·[2a1+(n-1)d].
∴Sn=na1+eq \f(n(n-1),2)d.
等差数列的前n项和公式的应用
公式Sn=eq \f(n(a1+an),2)①与Sn=na1+eq \f(n(n-1),2)d②都叫作等差数列的前n项和公式.
(1)公式①反映了等差数列中任意的第k项与倒数第k项的和等于首项与末项的和这个内在性质.推导方法是倒序相加法.
(2)公式②反映了等差数列前n项和与它的首项、公差之间的关系,而且是关于n的“二次函数”:Sn=An2+Bn(不含常数项),其中A=eq \f(d,2),B=a1-eq \f(d,2).
(3)当已知首项、末项和项数时,用公式①较为方便;当已知首项、公差和项数时,用公式②较为方便.
(4)上述两个公式涉及a1,d,n,an和Sn这五个基本量,依据方程思想,我们可以“知三求二”.
-eq \f(5n2+n,2)
解 由等差数列的前n项和公式可得
S10=eq \f((a1+a10)×10,2)=5(a1+10)=70,
解得a1=4,所以d=eq \f(a10-a1,9)=eq \f(2,3).
解 由题设可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(11=a1+2(n-1),,35=\f(n(a1+11),2),))
解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=-1,,n=7))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=3,,n=5.))
解 由题设可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a1+5d=19,,5a1+\f(5(5-1),2)d=40,))
即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a1+5d=19,,a1+2d=8,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=2,,d=3,))
故a10=2+3×(10-1)=29.
解:解法一:由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(an=a1+(n-1)d,,Sn=na1+\f(n(n-1),2)d,))
得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(11=3+(n-1)d,,35=3n+\f(n(n-1),2)d,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n=5,,d=2.))
解法二:∵a1=3,an=11,Sn=35,
∴35=eq \f(n(3+11),2)=7n,即n=5.
又11=3+(5-1)d,∴d=2.
【感悟提升】等差数列中的基本计算
(1)利用基本量求值.等差数列的通项公式和前n项和公式中有五个量a1,d,n,an和Sn,这五个量可以“知三求二”.一般是利用公式列出基本量a1和d的方程组,解出a1和d,便可解决问题,解题时注意整体代换的思想.
(2)结合等差数列的性质解题.等差数列的常用性质:若m+n=p+q(m,n,p,q∈N+),则am+an=ap+aq,常与求和公式Sn=eq \f(n(a1+an),2)结合使用.
解析:设等差数列{an}的公差为d,则由题可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(3a1+3d=6,,5a1+10d=-5,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(d=-3,,a1=5,))所以S6=6a1+15d=6×5+15×(-3)=-15.故选B.
解:①设数列{an}的首项为a1,公差为d,则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a10=a1+9d=30,,a20=a1+19d=50,))∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=12,,d=2.))
∴an=a1+(n-1)d=10+2n,
S29=eq \f(29×(a1+a29),2)=eq \f(29×(a10+a20),2)=eq \f(29×80,2)=1160.
②由Sn=na1+eq \f(n(n-1),2)d,a1=12,d=2,
Sn=242,得方程242=12n+eq \f(n(n-1),2)×2.
即n2+11n-242=0,得n=11或n=-22(舍去).
解析:解法一:设等差数列{an}的公差为d,首项为a1,依题意可得,a2+a6=(a1+d)+(a1+5d)=10,即a1+3d=5,又a4a8=(a1+3d)·(a1+7d)=45,解得d=1,a1=2,所以S5=5a1+eq \f(5×4,2)×d=5×2+10×1=20.故选C.
解法二:设等差数列{an}的公差为d,a2+a6=2a4=10,a4a8=45,所以a4=5,a8=9,从而d=eq \f(a8-a4,8-4)=1,于是a3=a4-d=5-1=4,所以S5=5a3=20.故选C.
解析:a1+a2+a3+an-2+an-1+an=34+146=180,所以3(a1+an)=180,即a1+an=60.由Sn=390,知eq \f(n(a1+an),2)=390,所以eq \f(n×60,2)=390,解得n=13.
3.(多选)已知等差数列{an}的首项为a1,公差为d,前n项和为Sn,且Sn=-n2+2n,则下列说法中正确的是( )
A.a1<0
B.{Sn}为递减数列
C.{an}为递减数列
D.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是公差为-1的等差数列
解析:等差数列{an}的首项为a1,公差为d,Sn=-n2+2n,则a1=-1+2=1>0,A错误;因为Sn=-n2+2n的图象开口向下,对称轴为直线n=1,由n≥1可知,{Sn}为递减数列,B正确;由题意得a2=-1,d=a2-a1<0,故{an}为递减数列,C正确;因为eq \f(Sn,n)=-n+2,则eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是公差为-1的等差数列,D正确.故选BCD.
解析:根据题意,数列{an}中,an=-3n+20,则数列{an}是首项为17,公差为-3的等差数列,且当n≤6时,an>0,当n≥7时,an<0.又由bn=|an|,则当n≤6时,bn=an,当n≥7时,bn=-an,则使Tn=Sn成立的最大正整数为6,S2026+T2026=(a1+a2+…+a6+a7+a8+…+a2026)+(b1+b2+…+b6+b7+b8+…+b2026)=(a1+a2+…+a6+a7+a8+…+a2026)+(a1+a2+…+a6-a7-a8-…-a2026)=2(a1+a2+…+a6)=2×eq \f((17+2)×6,2)=114.
解 (1)∵S8=8a1+28d=48,S12=12a1+66d=168,解得a1=-8,d=4.
(2)∵a6=10=a1+5d,S5=5a1+10d=5,
解得d=3,a1=-5,∴a8=16,S8=44.
(3)∵a1+a17=a3+a15=40,
∴S17=eq \f(17(a1+a17),2)=340.
一、选择题
1.设等差数列{an}的前n项和为Sn,若a2=2,且S4=10,则{an}的公差为( )
A.eq \f(1,2)
B.1
C.eq \f(3,2)
D.2
解析:因为S4=eq \f(4(a1+a4),2)=2(a2+a3)=10,a2=2,则a3=3,因此等差数列{an}的公差为d=a3-a2=1.故选B.
解析:设数列{an}的公差为d,a4+S7=a4+eq \f(7(a1+a7),2)=a4+7a4=8a4=-16,所以a4=-2,又a8=-a4=2,所以d=eq \f(a8-a4,4)=1,a1=-5,S10=10×(-5)+eq \f(10×(10-1),2)×1=-50+45=-5.故选D.
3.等差数列{an}的通项公式为an=1-2n,其前n项和为Sn,则数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))的前11项和为( )
A.-45
B.-50
C.-55
D.-66
解析:等差数列{an}的前n项和Sn=eq \f(n(a1+an),2),∴eq \f(Sn,n)=eq \f(a1+an,2)=eq \f((1-2)+(1-2n),2)=-n,∴数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))的前11项和为-(1+2+3+…+11)=-66.
4.等差数列{an}的前n项和为Sn,已知am-1+am+1-aeq \o\al(2,m)=0,S2m-1=38,则m=( )
A.38
B.20
C.10
D.9
解析:由数列{an}是等差数列,得am-1+am+1=2am,由am-1+am+1-aeq \o\al(2,m)=0,得2am-aeq \o\al(2,m)=0,解得am=2或am=0.又由S2m-1=eq \f(a1+a2m-1,2)×(2m-1)=38,且2am=a1+a2m-1,得(2m-1)am=38,故am≠0,则有2m-1=19,m=10.
解析:设等差数列{an}的公差为d,则由题意,得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+2d+a1+3d=7,,3(a1+d)+a1+4d=5,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=-4,,d=3,))则S10=10a1+eq \f(10×9,2)d=10×(-4)+45×3=95.
解析:S12=eq \f(12(a1+a12),2)=21,即a1+a12=eq \f(7,2),则a2+a5+a8+a11=2(a1+a12)=7.
解:(1)∵eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a4=a1+3d=9,,a9=a1+8d=-6,))∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=18,,d=-3,))
∴Sn=n·18+eq \f(n(n-1),2)×(-3)=54,
解得n=4或n=9.
(2)∵a2=1,a5=7,
又a5-a2=3d,∴3d=6,即d=2,
∴a1=a2-d=-1,∴S10=10a1+eq \f(10×9,2)·d=10×(-1)+45×2=80.
(3)解法一:设等差数列的首项为a1,公差为d,则S5=5a1+eq \f(5×(5-1),2)d=24,
即5a1+10d=24,∴a1+2d=eq \f(24,5),
∴a2+a4=a1+d+a1+3d=2(a1+2d)=2×eq \f(24,5)=eq \f(48,5).
解法二:由S5=eq \f(5(a1+a5),2)=24,得a1+a5=eq \f(48,5),
∴a2+a4=a1+a5=eq \f(48,5).
10.已知公差大于零的等差数列{an}的前n项和为Sn,且满足a3a4=117,a2+a5=22.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若数列{bn}是等差数列,且bn=eq \f(Sn,n+c),求非零常数c.
解:(1)∵{an}为等差数列,∴a3+a4=a2+a5=22,
又a3a4=117,∴a3,a4是方程x2-22x+117=0的两个根,
又公差d>0,∴a3<a4,∴a3=9,a4=13.
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1+2d=9,,a1+3d=13,))∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=1,,d=4,))
∴an=4n-3.
(2)由(1)知,Sn=n·1+eq \f(n(n-1),2)·4=2n2-n,
∴bn=eq \f(Sn,n+c)=eq \f(2n2-n,n+c),
∴b1=eq \f(1,1+c),b2=eq \f(6,2+c),b3=eq \f(15,3+c),
∵{bn}是等差数列,
∴2b2=b1+b3,∴2c2+c=0,
∴c=-eq \f(1,2)(c=0舍去).
(2)由题意,得bn=|8-2n|.
∵b1=6,b2=4,b3=2,b4=0,b5=2,
∴此数列的前4项是首项为6,公差为-2的等差数列,
从第5项起是以2为首项,2为公差的等差数列.
∴当n≤4时,Sn=6n+eq \f(n(n-1),2)×(-2)=-n2+7n;
当n≥5时,
Sn=S4+(n-4)×2+eq \f((n-5)(n-4),2)×2=12+n2-7n+12=n2-7n+24.
∴Sn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-n2+7n,n≤4且n∈N+,,n2-7n+24,n≥5且n∈N+.))
2.(新课标Ⅰ卷)设等差数列{an}的公差为d,且d>1.令bn=eq \f(n2+n,an),记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的前n项和.
(1)若3a2=3a1+a3,S3+T3=21,求{an}的通项公式;
(2)若{bn}为等差数列,且S99-T99=99,求d.
解:(1)∵3a2=3a1+a3,∴3d=a1+2d,解得a1=d,
∴S3=3a2=3(a1+d)=6d,
又T3=b1+b2+b3=eq \f(2,d)+eq \f(6,2d)+eq \f(12,3d)=eq \f(9,d),∴S3+T3=6d+eq \f(9,d)=21,
即2d2-7d+3=0,解得d=3或d=eq \f(1,2)(舍去),
∴an=a1+(n-1)d=3n.
(2)∵{bn}为等差数列,
∴2b2=b1+b3,即eq \f(12,a2)=eq \f(2,a1)+eq \f(12,a3),
∴6eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a2)-\f(1,a3)))=eq \f(6d,a2a3)=eq \f(6d,(a1+d)(a1+2d))=eq \f(1,a1),
即aeq \o\al(2,1)-3a1d+2d2=0,
解得a1=d或a1=2d,
∵d>1,∴an>0,
又S99-T99=99,
由等差数列的性质知,99a50-99b50=99,即a50-b50=1,
∴a50-eq \f(2550,a50)=1,即aeq \o\al(2,50)-a50-2550=0,
解得a50=51或a50=-50(舍去).
当a1=2d时,a50=a1+49d=51d=51,
解得d=1,与d>1矛盾,无解;
当a1=d时,a50=a1+49d=50d=51,
解得d=eq \f(51,50).
综上,d=eq \f(51,50).
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