内容正文:
专题03 等比数列及其前n项和
必备知识——重基础强方法
一.等比数列的概念
(1)定义:如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的比都等于同一个常数,那么这个数列叫做等比数列,这个常数叫做等比数列的公比,公比通常用字母q表示(显然q≠0).
数学语言表达式:=q(n≥2,q为非零常数).
(2)等比中项:如果在a与b中间插入一个数G,使a,G,b成等比数列,那么G叫做a与b的等比中项.此时G2=ab.
提醒:(1)“G2=ab”是“a,G,b成等比数列”的必要不充分条件.
(2)只有当两个数同号时,这两个数才有等比中项,且等比中项有两个,它们互为相反数.
(3)等比数列的奇数项符号相同,偶数项符号相同.
二.等比数列的性质
设数列{an}是等比数列,Sn是其前n项和.
(1)若m+n=p+q,则aman=apaq,其中m,n,p,q∈N*,特别地,若2s=p+r,则apar=a,其中p,s,r∈N*.
(2)相隔等距离的项组成的数列仍是等比数列,即ak,ak+m,ak+2m,…仍是等比数列,公比为qm(k,m∈N*).
(3)若数列{an},{bn}是两个项数相同的等比数列,则数列{ban},{pan·qbn}和{}(其中b,p,q是非零常数)也是等比数列.
(4)等比数列{an}的单调性
①满足或时,{an}是递增数列.
②满足或时,{an}是递减数列.
③当时,{an}为常数列.
④当q<0时,{an}为摆动数列.
三.等比数列的通项公式及前n项和公式
(1)若等比数列{an}的首项为a1,公比是q,则其通项公式:,其中为首项,为公比。任意两项,的关系为。
要点诠释:通项公式可变形为,当且时,可将看作自变量的函数,点是曲线上的一群孤立的点,体现了等比数列与指数函数的关系。
通项公式的推广:an=amqn-m.
(2)等比数列的前n项和公式:当q=1时,Sn=na1;当q≠1时,Sn==.
4、
等比数列前项和的性质
(1)若,令,则(,,,),反之,若数列的前项和满足这种形式,则数列为等比数列。
等比数列前项和为(且),则,,仍成等比数列,其公比为()。且。
(2)当q≠-1或q=-1且k为奇数时,Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…是等比数列.当q=-1且k为偶数时,Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…不是等比数列.等比数列的前项和公式:
公式:。
要点诠释:公式推导使用了错位相减法。当时,等比数列的前项和等于首项的倍;当时,需注意公式中的计算,以及根据已知条件合理选择或
课前热身
1.(24-25高二上·全国·课前预习)设是等比数列,则“”是“数列是递增数列”的( )
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
2.(2025·广西·模拟)(多选题)已知数列的前项和为,,且,则( ).
A.不是等比数列 B.
C. D.
3.(23-24高二上·甘肃甘南·期中)已知为等比数列的前项和,若,则( )
A.3 B.6 C.9 D.12
4.(23-24高二上·河北邢台·阶段练习)在等比数列中,若,则( )
A.6 B.9 C. D.
5.(2025·天津北辰·三模)已知等比数列的首项为1,公比为,则数列的前10项和为( )
A.15 B.35 C.45 D.55
专题一 等比数列基本量的运算
例1 (1)(2026·全国·模拟预测)已知为等比数列,且,,则公比等于( ).
A. B. C.2 D.4
(2)(25-26高三江苏南京·期中)已知数列为等比数列,,若的前3项和为7,则数列的前3项和为( )
A.7 B. C. D.
【感悟提升】
等比数列基本量运算的解题策略
方程思想
等比数列的基本量为首项a1和公比q,通常利用已知条件及通项公式或前n项和公式列方程(组)求解,等比数列中包含a1,q,n,an,Sn五个量,可“知三求二”
整体思想
当所给条件只有一个时,可将已知和所求都用a1,q表示,寻求两者间的联系,整体代换即可求解
分类讨论思想
若题目中公比q未知,则运用等比数列前n项和公式时要分q=1和q≠1两种情况进行讨论
变式训练:
2.(25-26高三上·湖北荆州·开学考试)已知等比数列中,,,则( )
A.16 B.16或 C.32 D.32或
专题二 等比数列的性质及其应用(多考向探究)
考向1等比数列项的性质
例2. (1).(2025·江西新余·模拟预测)在等比数列中,,是方程的两个实数根,则的值为( )
A.2 B.或 C. D.
(2)(23-24高二下·四川成都模拟)(多选题)已知等比数列中,满足,,则( )
A.数列是等比数列 B.数列是递增数列
C.数列是等差数列 D.数列中,,,仍成等比数列
【感悟提升】
利用项的性质的解题策略
策略一
在解决等比数列的有关问题时,要注意挖掘隐含条件、利用性质,特别是性质“若m+n=p+q=2k,则am·an=ap·aq=a”,可以减少运算量,提高解题速度
策略二
在应用相应性质解题时,要注意性质成立的前提条件,有时需要进行适当变形.此外,解题时注意设而不求思想的运用
变式训练:2.(25-26高三上·天津·阶段练习)已知数列是等比数列,数列是等差数列,若则的值为( )
A. B. C. D.
3.(2025·吉林长春·二模)已知为正项等比数列,若是函数的两个零点,则( )
A.10 B. C. D.
考向2等比数列前n项和的性质
例3 (1)(25-26高三上·河北)(多选题)已知为等比数列的前项和,且,则下列结论正确的是( )
A. B.
C.是递减数列 D.是递增数列
(2)(25-26高三上·内蒙古·开学考试)记为等比数列的前n项和,若,,则( )
A.18 B.32 C.42 D.50
【感悟提升】
等比数列的性质分类
类型一
通项公式的变形
类型二
等比中项的变形
类型三
前n项和公式的变形
提醒:应用时根据题目条件,认真分析,发现具体的变化特征即可找出解决问题的突破口.
变式训练:5.(2025·广东广州·模拟预测)(多选题)已知等比数列的前项和,,的前n项积为,则( )
A. B.
C. D.数列是等比数列
6.(2025·江西·二模)记为等比数列的前项和,若,则( )
A.81 B.71 C.61 D.51
考向3等比数列前n项和最值问题
例4.已知数列满足,且对任意,都有,记数列的前项和为,若,则的最小取值为( )
A. B. C. D.
【感悟提升】
涉及等比数列的单调性与最值的问题,一般要考虑公比与首项的符号对其的影响.
变式训练:7.(2025·湖北黄冈·模拟预测)已知数列的首项,且满足,若,则满足条件的最大整数( )
A.8 B.9 C.10 D.11
考点三 等比数列的判定与证明
例5 Sn为等比数列{an}的前n项和,已知a4=9a2,S3=13,且公比q>0.
(1)求an及Sn;
(2)是否存在常数λ,使得数列{Sn+λ}是等比数列?若存在,求出λ的值;若不存在,请说明理由.
【感悟提升】
等比数列的判定与证明的方法
提醒:(1)在解答题中证明一个数列为等比数列时,一般用定义法与等比中项法,判断一个数列是等比数列,有通项公式法及前n项和公式法,只用于选择题、填空题中的判定.
(2)如果要判定一个数列不是等比数列,则只需判定存在连续的三项不成等比数列即可.
(3)判断一个数列是等比数列时,要注意各项不为0.
(4)在利用递推关系判定等比数列时,要注意对n=1的情形进行验证.
变式训练8.(2024·江西抚州一中质检)已知数列{an},{bn}满足a1=1,b1=,2an+1=an+bn,2bn+1=an+bn.
(1)证明:数列{an+bn},{an-bn}为等比数列;
(2)记Sn为数列{an}的前n项和,证明:Sn<.
2026高考模拟热身训练
一、单选题
1.(2025·河北唐山·模拟预测)已知等差数列的公差为3,且成等比数列,则( )
A.16 B.17 C.19 D.20
2.(2025·江西新余·模拟预测)在等比数列中,,是方程的两个实数根,则的值为( )
A.2 B.或 C. D.
3.(2025·陕西西安·一模)已知数列为等比数列,为数列的前项积,且,,则( )
A.8 B.2 C.1 D.
4.(2025·江苏南通·模拟预测)记数列的前项和为,若,,且是公比为2的等比数列,则( )
A.93 B.1023 C.2047 D.3069
5.(2023·辽宁·三模)(多选题)已知数列的前n项和是,则下列说法正确的是( )
A.若,则是等差数列
B.若,,则是等比数列
C.若是等差数列,则,,成等差数列
D.若是等比数列,则,,成等比数列
6.(2025·江苏连云港·模拟预测)已知等比数列的前项和为,且,则( )
A. B. C. D.
7.(24-25高二下·河南南阳·期末)已知等比数列的公比为.设甲:为递减数列,乙:,,则甲是乙的( )
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
8.(25-26高三上·广西·开学考试)记为等比数列的前项和,若,,则( )
A.512 B.-512 C.1024 D.
二、解答题
9.(2025·陕西·一模)已知等差数列的前项和为,,.
(1)求的通项公式;
(2)若数列是公比为3的等比数列,且,求的前项和.
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专题03 等比数列及其前n项和
必备知识——重基础强方法
一.等比数列的概念
(1)定义:如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的比都等于同一个常数,那么这个数列叫做等比数列,这个常数叫做等比数列的公比,公比通常用字母q表示(显然q≠0).
数学语言表达式:=q(n≥2,q为非零常数).
(2)等比中项:如果在a与b中间插入一个数G,使a,G,b成等比数列,那么G叫做a与b的等比中项.此时G2=ab.
提醒:(1)“G2=ab”是“a,G,b成等比数列”的必要不充分条件.
(2)只有当两个数同号时,这两个数才有等比中项,且等比中项有两个,它们互为相反数.
(3)等比数列的奇数项符号相同,偶数项符号相同.
二.等比数列的性质
设数列{an}是等比数列,Sn是其前n项和.
(1)若m+n=p+q,则aman=apaq,其中m,n,p,q∈N*,特别地,若2s=p+r,则apar=a,其中p,s,r∈N*.
(2)相隔等距离的项组成的数列仍是等比数列,即ak,ak+m,ak+2m,…仍是等比数列,公比为qm(k,m∈N*).
(3)若数列{an},{bn}是两个项数相同的等比数列,则数列{ban},{pan·qbn}和{}(其中b,p,q是非零常数)也是等比数列.
(4)等比数列{an}的单调性
①满足或时,{an}是递增数列.
②满足或时,{an}是递减数列.
③当时,{an}为常数列.
④当q<0时,{an}为摆动数列.
三.等比数列的通项公式及前n项和公式
(1)若等比数列{an}的首项为a1,公比是q,则其通项公式:,其中为首项,为公比。任意两项,的关系为。
要点诠释:通项公式可变形为,当且时,可将看作自变量的函数,点是曲线上的一群孤立的点,体现了等比数列与指数函数的关系。
通项公式的推广:an=amqn-m.
(2)等比数列的前n项和公式:当q=1时,Sn=na1;当q≠1时,Sn==.
4、
等比数列前项和的性质
(1)若,令,则(,,,),反之,若数列的前项和满足这种形式,则数列为等比数列。
等比数列前项和为(且),则,,仍成等比数列,其公比为()。且。
(2)当q≠-1或q=-1且k为奇数时,Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…是等比数列.当q=-1且k为偶数时,Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…不是等比数列.等比数列的前项和公式:
公式:。
要点诠释:公式推导使用了错位相减法。当时,等比数列的前项和等于首项的倍;当时,需注意公式中的计算,以及根据已知条件合理选择或进行计算。
课前热身
1.(24-25高二上·全国·课前预习)设是等比数列,则“”是“数列是递增数列”的( )
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
答案 B
解 设等比数列的公比为,
由,可得,解得或
则中,的正负未定,此时数列不一定是递增数列;
由数列为递增数列,可得,所以“”是“数列是递增数列”的必要而不充分条件.故选:B
2.(2025·广西·模拟)(多选题)已知数列的前项和为,,且,则( ).
A.不是等比数列 B.
C. D.
答案 ACD
解 因为数列的前项和为,,且,
当时,,当时,由得,
上述两个等式作差得,可得,但,
所以数列从第二项开始成公比为的等比数列,
故当时,,所以,
对于A选项,数列不是等比数列,A对;对于B选项,,B错;
对于C选项,,C对;对于D选项,,D对.
故选:ACD.
3.(23-24高二上·甘肃甘南·期中)已知为等比数列的前项和,若,则( )
A.3 B.6 C.9 D.12
答案C
解 因为为等比数列的前项和,所以成等比数列,由,得,则,所以,所以,,所以,,所以,,所以,所以.故选:C.
4.(23-24高二上·河北邢台·阶段练习)在等比数列中,若,则( )
A.6 B.9 C. D.
答案A
解 因为,所以(负值舍去),所以.故选:A
5.(2025·天津北辰·三模)已知等比数列的首项为1,公比为,则数列的前10项和为( )
A.15 B.35 C.45 D.55
答案 C
解 等比数列的首项为1,公比为,,
,,,且,
是首项为,公差为的等差数列,数列的前10项和为.
专题一 等比数列基本量的运算
例1 (1)(2026·全国·模拟预测)已知为等比数列,且,,则公比等于( ).
A. B. C.2 D.4
答案 C
解析 由于为等比数列,所以,所以.
故选:C.
(2)(25-26高三江苏南京·期中)已知数列为等比数列,,若的前3项和为7,则数列的前3项和为( )
A.7 B. C. D.
答案 D
解析 设数列的公比为,则,即,
所以.故选:D.
【感悟提升】
等比数列基本量运算的解题策略
方程思想
等比数列的基本量为首项a1和公比q,通常利用已知条件及通项公式或前n项和公式列方程(组)求解,等比数列中包含a1,q,n,an,Sn五个量,可“知三求二”
整体思想
当所给条件只有一个时,可将已知和所求都用a1,q表示,寻求两者间的联系,整体代换即可求解
分类讨论思想
若题目中公比q未知,则运用等比数列前n项和公式时要分q=1和q≠1两种情况进行讨论
变式训练:
2.(25-26高三上·湖北荆州·开学考试)已知等比数列中,,,则( )
A.16 B.16或 C.32 D.32或
答案 B
解析 设等比数列的公比为,则,故,故,故选:B.
专题二 等比数列的性质及其应用(多考向探究)
考向1等比数列项的性质
例2 (1).(2025·江西新余·模拟预测)在等比数列中,,是方程的两个实数根,则的值为( )
A.2 B.或 C. D.
答案 D
思路分析:设等比数列的公比为,由条件可得,,由此可判断,再判断的符号,结合等比数列性质可得结论.
解析 设等比数列的公比为,,
因为,是方程的两个实数根,所以,且,所以,,又数列为等比数列,所以,由等比数列性质可得,
所以.故选:D.
(2)(23-24高二下·四川成都模拟)已知等比数列中,满足,,则( )
A.数列是等比数列 B.数列是递增数列
C.数列是等差数列 D.数列中,,,仍成等比数列
答案 ACD
解析 对于A,,所以,故,又,
所以为等比数列,故A正确,
对于B,,,所以为等比数列,
且公比为,首项为1,故是递减数列,故B错误;对于C,,所以为公差为1的等差数列,故C正确,对于D,
又,所以,成等比数列,故D成立,故选:ACD
【感悟提升】
利用项的性质的解题策略
策略一
在解决等比数列的有关问题时,要注意挖掘隐含条件、利用性质,特别是性质“若m+n=p+q=2k,则am·an=ap·aq=a”,可以减少运算量,提高解题速度
策略二
在应用相应性质解题时,要注意性质成立的前提条件,有时需要进行适当变形.此外,解题时注意设而不求思想的运用
变式训练:2.(25-26高三上·天津·阶段练习)已知数列是等比数列,数列是等差数列,若则的值为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 因为数列是等比数列,且,所以,
因为数列是等差数列,且,所以,
则
.故选:D.
3.(2025·吉林长春·二模)已知为正项等比数列,若是函数的两个零点,则( )
A.10 B. C. D.
答案 B
解析 由题意可得为方程的两个解,则,
解得,易知.故选:B.
考向2等比数列前n项和的性质
例3 (1)(25-26高三上·河北)(多选题)已知为等比数列的前项和,且,则下列结论正确的是( )
A. B.
C.是递减数列 D.是递增数列
答案 ACD
解析 A选项,设公比为,则,
因为,所以,又,故,
因为,所以,因为,所以,则,,
故,A正确;B选项,假设,,则,,,满足,故,B错误;
C选项,,则,故,故是递减数列,C正确;D选项,相邻两项的差为,
由于,所以,
故,所以,为递增数列,D正确.故选:ACD
(2)(25-26高三上·内蒙古·开学考试)记为等比数列的前n项和,若,,则( )
A.18 B.32 C.42 D.50
答案 C
思路分析:设等比数列的公比为,由条件结合等比数列通项公式可求,再根据关系求,
解析 设等比数列的公比为,则,因为,,
所以,,所以,
所以,所以,故选:C
【感悟提升】
等比数列的性质分类
类型一
通项公式的变形
类型二
等比中项的变形
类型三
前n项和公式的变形
提醒:应用时根据题目条件,认真分析,发现具体的变化特征即可找出解决问题的突破口.
变式训练:5.(2025·广东广州·模拟预测)(多选题)已知等比数列的前项和,,的前n项积为,则( )
A. B.
C. D.数列是等比数列
答案 ABD
解 对于B,当时,.
又为等比数列,则,故B正确,
对于A,则,所以,解得,故A正确,
对于C,而,
故C错误,对于D,又,
且,
所以数列是以为首项,为公比的等比数列,故D正确.故选:ABD
6.(2025·江西·二模)记为等比数列的前项和,若,则( )
A.81 B.71 C.61 D.51
答案 C
解析 由题可知,,成等比数列,
所以,即,得,
则此等比数列的首项是1,公比是,那么,
,
所以.故选:C
考向3等比数列前n项和最值问题
例4 已知数列满足,且对任意,都有,记数列的前项和为,若,则的最小取值为( )
A. B. C. D.
答案 B
思路分析 令,可得数列是以为首项,为公比的等比数列,由此得到数列是以为首项,为公比的等比数列.
解 令,则,故,
∴数列是以为首项,为公比的等比数列,∴,故,
∴数列是以为首项,为公比的等比数列,∴.
由得,,即,
∵,∴,即,∴的最小取值为.故选:B.
【感悟提升】
涉及等比数列的单调性与最值的问题,一般要考虑公比与首项的符号对其的影响.
变式训练:7.(2025·湖北黄冈·模拟预测)已知数列的首项,且满足,若,则满足条件的最大整数( )
A.8 B.9 C.10 D.11
答案 B
解析 ,令,
则,又,
所以是以1为首项,2为公比的等比数列,
得,所以,
∴,
由,解得.故选:B
考点三 等比数列的判定与证明
例5 Sn为等比数列{an}的前n项和,已知a4=9a2,S3=13,且公比q>0.
(1)求an及Sn;
(2)是否存在常数λ,使得数列{Sn+λ}是等比数列?若存在,求出λ的值;若不存在,请说明理由.
解 (1)易知q≠1,
由题意可得解得
∴an=3n-1,Sn==.
(2)假设存在常数λ,使得数列{Sn+λ}是等比数列,
∵S1+λ=λ+1,S2+λ=λ+4,S3+λ=λ+13,
∴(λ+4)2=(λ+1)(λ+13),
解得λ=,此时Sn+=×3n,则==3,
故存在常数λ=,使得数列是以为首项,3为公比的等比数列.
【感悟提升】
等比数列的判定与证明的方法
提醒:(1)在解答题中证明一个数列为等比数列时,一般用定义法与等比中项法,判断一个数列是等比数列,有通项公式法及前n项和公式法,只用于选择题、填空题中的判定.
(2)如果要判定一个数列不是等比数列,则只需判定存在连续的三项不成等比数列即可.
(3)判断一个数列是等比数列时,要注意各项不为0.
(4)在利用递推关系判定等比数列时,要注意对n=1的情形进行验证.
变式训练8.(2024·江西抚州一中质检)已知数列{an},{bn}满足a1=1,b1=,2an+1=an+bn,2bn+1=an+bn.
(1)证明:数列{an+bn},{an-bn}为等比数列;
(2)记Sn为数列{an}的前n项和,证明:Sn<.
证明 (1)依题意
①+②,得an+1+bn+1=(an+bn).
又a1+b1=≠0,
∴{an+bn}是首项为,公比为的等比数列,
①-②,得an+1-bn+1=(an-bn).
又a1-b1=≠0,
∴{an-bn}是首项为,公比为的等比数列.
(2)由(1)得,an+bn=×, ③
an-bn=×, ④
③+④得,an=+,
故Sn=+=--<.
2026高考模拟热身训练
一、单选题
1.(2025·河北唐山·模拟预测)已知等差数列的公差为3,且成等比数列,则( )
A.16 B.17 C.19 D.20
答案 A
解 由于成等比数列,则,故,解得,
故,故选:A
2.(2025·江西新余·模拟预测)在等比数列中,,是方程的两个实数根,则的值为( )
A.2 B.或 C. D.
答案D
解 设等比数列的公比为,,
因为,是方程的两个实数根,
所以,且,所以,,
又数列为等比数列,所以,由等比数列性质可得,
所以.故选:D.
3.(2025·陕西西安·一模)已知数列为等比数列,为数列的前项积,且,,则( )
A.8 B.2 C.1 D.
答案A
解 ,故,
所以,,故选:A
4.(2025·江苏南通·模拟预测)记数列的前项和为,若,,且是公比为2的等比数列,则( )
A.93 B.1023 C.2047 D.3069
答案 B
解析 的首项为,故,
所以,,,,
故.
故选:B
5.(2023·辽宁·三模)(多选题)已知数列的前n项和是,则下列说法正确的是( )
A.若,则是等差数列
B.若,,则是等比数列
C.若是等差数列,则,,成等差数列
D.若是等比数列,则,,成等比数列
答案 ABC
解 对于A,,时,,解得,因此,,是等差数列,A正确;
对于B,,,则,而,是等比数列,B正确;对于C,设等差数列的公差为,首项是,
,
,
因此,则 ,成等差数列,C正确;
对于D,若等比数列的公比,则 不成等比数列,D错误.故选:ABC
6.(2025·江苏连云港·模拟预测)已知等比数列的前项和为,且,则( )
A. B. C. D.
答案 A
解 由题意,,
在等比数列中,,
设公比为q,
,解得,
∴,
当时,,解得:,
∴是以2为首项,3为公比的等比数列,∴.故选:A.
7.(24-25高二下·河南南阳·期末)已知等比数列的公比为.设甲:为递减数列,乙:,,则甲是乙的( )
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
答案B
解 若为递减数列,则对任意有即,
所以或,
如满足和的数列均为递减数列,故充分性不成立;若,,则数列为递减数列,所以必要性成立.所以甲是乙的必要不充分条件.故选:B
8.(25-26高三上·广西·开学考试)记为等比数列的前项和,若,,则( )
A.512 B.-512 C.1024 D.
答案 C
解 设等比数列的公比为,则,,∴,∴,
∴.故选:C.
二、解答题
9.(2025·陕西·一模)已知等差数列的前项和为,,.
(1)求的通项公式;
(2)若数列是公比为3的等比数列,且,求的前项和.
答案 (1)
(2)
分析(1)根据等差数列的基本量结合题设求出,进而求解即可;
(2)由题意易得,进而利用分组求和法求解即可.
解 (1)设等差数列的公差为,
由题意,得,解得,
则.
(2)由(1)知,,
因为数列是公比为3的等比数列,其首项为,
则,则,
所以.
10.(2025·四川绵阳·模拟预测)已知数列的首项,且满足
(1)求证:为等比数列;
(2)设,记的前项和,求满足的最小正整数.
答案 (1)证明见解析(2)10
思路分析 (1)对已知数列的递推公式两边取倒数,根据等比数列的定义,即可得证;
(2)由(1)可得,利用分组求和法及等比数列的前项和公式可得,可得为递增数列,由即可求解.
解 (1),
是以1为首项,为公比的等比数列;
(2)由(1)得,即,
所以,所以,
因为,所以为递增数列,又.
所以满足的最小正整数为10.
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