内容正文:
第34讲 等比数列
复习目标
1.理解等比数列的概念并掌握其通项公式与前n项和公式.
2.能在具体的问题情境中,发现数列的等比关系,并解决相应的问题.
3.体会等比数列与指数函数的关系.
教材梳理 夯基础
主干知识
知识点1 等比数列的有关概念
(1)一般地,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),定义的表达式为=q(n∈N*,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.即G是a与b的等比中项⇔a,G,b成等比数列⇒G2=ab.
[注意点](1)在等比数列中,易忽视每一项与公比都不为0.
(2)只有当两个数同号时,这两数才有等比中项,且等比中项有两个,它们互为相反数.
知识点2 等比数列的有关公式
(1)通项公式:an=a1.
(2)前n项和公式:
Sn=
知识点3 等比数列的性质
(1)若m+n=p+q,则aman=apaq,其中m,n,p,q∈N*.特别地,若2w=m+n,则aman=,其中m,n,w∈N*.
(2)ak,,,…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{an·bn},{pan·qbn}和{}也是等比数列(p,q≠0).
(4)等比数列{an}的前n项和为Sn,则Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,其公比为qn(n为偶数且q=-1除外).
(5)若或则等比数列{an}递增.
若或则等比数列{an}递减.
常用结论
1.等比数列{an}的通项公式可以写成an=cqn,这里c≠0,q≠0.
2.等比数列{an}的前n项和Sn可以写成Sn=Aqn-A(A≠0,q≠1,0).
3.数列{an}是等比数列,Sn是其前n项和.
(1)若a1·a2·…·an=Tn,则Tn,,,…成等比数列.
(2)若数列{an}的项数为2n,则=q;若项数为2n+1,则=q,或=q.
基础自测
类型
回源教材
澄清盲点
结论应用
题号
2,3
1
4
1.(易错辨析)正确的画“√”,错误的画“×”.
(1)满足=qan(n∈N*,q为常数)的数列{an}为等比数列.( × )
(2)三个数a,b,c成等比数列的必要不充分条件是b2=ac.( √ )
(3)数列{an}的通项公式是an=an,则其前n项和为Sn=.( × )
(4)如果数列{an}为正项等比数列,则数列{ln an}是等差数列.( √ )
2.(选择性必修第二册P31T2变式)在等比数列{an}中,a3=2,a7=8,则a5等于( )
A.5 B.±5 C.4 D.±4
【解析】选C.因为=a3a7=2×8=16,所以a5=±4.又因为a5=a3q2>0,所以a5=4.
3.(选择性必修第二册P37T1变式)在等比数列{an}中,a3=,S3=,则a2的值为( )
A. B.-3 C.- D.-3或
【解析】选D.由S3=a1+a2+a3=a3(q-2+q-1+1),得q-2+q-1+1=3,即2q2-q-1=0,解得q=1或q=-.所以a2==或-3.
4.已知数列{an}的前n项和Sn=22n+1+a,若此数列为等比数列,则a=________.
【解析】因为数列的前n项和Sn=22n+1+a
=2×4n+a,所以a=-2.
答案:-2
考点突破 强技能
考点一 等比数列基本量的计算……题组练通
【例1】(一题多法)已知数列{an}为等比数列,求下列各值.
(1)已知a3+a6=36,a4+a7=18,an=,求n;
(2)已知a4-a2=6,a5-a1=15,求a3.
(3)已知a3=1,2S3=7a2,求S5.
【解析】(1)法一:
因为
所以q=.又因为a3+a6=a3(1+q3)=36,
所以a3=32.
因为an=a3·=32·()n-3===2-1,所以8-n=-1,即n=9.
法二:因为a4+a7=a1·q3·(1+q3)=18且a3+a6=a1·q2·(1+q3)=36,
所以q=,a1=128=27.
又因为an=a1·=27·()n-1===2-1,
所以8-n=-1,即n=9.
(2)设等比数列{an}的公比为q,由题意易知q≠0且q≠±1,则两式相除,得=,即2q2-5q+2=0,解得q=2或q=.
所以或故a3=4或a3=-4.
(3)设等比数列{an}的首项为a1,公比为q.
由可得
解得或
当a1=,q=2时,
S5==×=;
当a1=4,q=时,
S5===.
所以S5=.
解题技法
等比数列基本量的求法
(1)等比数列中有五个量a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”,通过列方程(组)求解.
(2)等比数列的前n项和公式涉及对公比q的分类讨论,当q=1时,{an}的前n项和Sn=na1;当q≠1时,{an}的前n项和Sn==.
题|组|进|阶
1.(2023·新高考Ⅱ卷)记Sn为等比数列{an}的前n项和,若S4=-5,S6=21S2,则S8=( )
A.120 B.85 C.-85 D.-120
【解析】选C.
法一:设等比数列{an}的公比为q,首项为a1,
若q=1,则S6=6a1=3×2a1=3S2,与题意不符,所以q≠1;
由S4=-5,S6=21S2可得,=-5,=21×①,
由①可得,1+q2+q4=21,解得:q2=4,
所以S8==×(1+q4)=-5×(1+16)=-85.
法二:设等比数列{an}的公比为q,
因为S4=-5,S6=21S2,所以q≠-1,否则S4=0,
从而S2,S4-S2,S6-S4,S8-S6成等比数列,
所以有(-5-S2)2=S2(21S2+5),
解得:S2=-1或S2=,
当S2=-1时,S2,S4-S2,S6-S4,S8-S6,
即为-1,-4,-16,S8+21,
易知,S8+21=-64,即S8=-85;
当S2=时,S4=a1+a2+a3+a4=(a1+a2)(1+q2)=(1+q2)S2>0,
与S4=-5矛盾,舍去.
2.(2023·全国甲卷)已知正项等比数列{an}中,a1=1,Sn为{an}前n项和,S5=5S3-4,则S4=( )
A.7 B.9 C.15 D.30
【解析】选C.通解(直接运用等比数列的通项公式与前n项和公式求解):若该数列的公比q=1,代入S5=5S3-4中,有5=5×3-4,不成立,所以q≠1.由=5×-4,化简得q4-5q2+4=0,所以q2=1(舍)或q2=4,由于此数列各项均为正数,所以q=2,所以S4==15.
优解(直接求和法):由已知得1+q+q2+q3+q4=5(1+q+q2)-4,整理得(1+q)(q3-4q)=0,由于此数列各项均为正数,所以q=2,
所以S4=1+q+q2+q3=1+2+4+8=15.
3.(一题多法)(2023·天津卷)已知{an}为等比数列,Sn为数列{an}的前n项和,an+1=2Sn+2,则a4的值为( )
A.3 B.18 C.54 D.152
【解析】选C.法一:因为=2Sn+2,所以当n≥2时,an=2+2,两式相减得-an=2an,即=3an,所以数列{an}是公比q==3的等比数列.当n=1时,a2=2S1+2=2a1+2,又a2=3a1,所以3a1=2a1+2,解得a1=2,所以a4=a1q3=2×33=54.
法二:设等比数列{an}的公比为q,因为=2Sn+2,所以公比q≠1,且a1qn=+2=-qn++2,所以又a1≠0,所以q=3,a1=2,所以a4=a1q3=2×33=54.
4.(一题多法)(2023·全国乙卷)已知{an}为等比数列,a2a4a5=a3a6,a9a10=-8,则a7=________.
【解析】法一:设数列{an}的公比为q,则由a2a4a5=a3a6,得a1q·a1q3·a1q4=a1q2·a1q5.又a1≠0,且q≠0,所以可得a1q=1 ①.
又a9a10=a1q8·a1q9=q17=-8 ②,所以由①②可得q15=-8,q5=-2,所以a7=a1q6=a1q·q5=-2.
法二:设数列{an}的公比为q.因为a4a5=a3a6≠0,所以a2=1.又a9a10=a2q7·a2q8=q15=-8,于是q5=-2,所以a7=a2q5=-2.
答案:-2
考点二 等比数列的判定与证明
【例2】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.
【解析】(1)由题意可得解得
所以an=,Sn==.
(2)假设存在常数λ,使得数列{Sn+λ}是等比数列.
因为S1+λ=λ+1,S2+λ=λ+4,S3+λ=λ+13,
所以(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{Sn+λ}是等比数列.
解题技法
等比数列的判定与证明的方法
【训练1】 记等差数列{an}的前n项和为Sn,{bn}是正项等比数列,且a1=b1=2,S10=11a5,b3-b2=a2.
(1)求{an}和{bn}的通项公式;
(2)证明{}是等比数列.
【解析】(1)由题意,设等差数列{an}的公差为d,
则S10=10×2+d=11(2+4d),
解得d=2,
则an=2+(n-1)×2=2n;
设正项等比数列{bn}的公比为q(q>0),
则b3=2q2,b2=2q,
由题意,可得2q2-2q=4,解得q=2或-1(舍去),
故bn=2·2n-1=2n.
(2)令cn===,则=,
故{}是以c1=为首项,公比为的等比数列.
考点三 等比数列的性质及其应用
角度1 等比数列项的性质
【例3】(2025·滁州模拟)已知{an}是单调递增的等比数列,a4+a5=24,a3a6=128,则公比q的值是( )
A.2 B.-2 C.3 D.-3
【解析】选A.因为数列{an}是等比数列,
所以a4a5=a3a6=128,
则解得或
又因为{an}是单调递增的等比数列,
所以
所以公比q==2.
【训练2】 在等比数列{an}中,a1,a5是函数f(x)=x2-10x+tln (3x)的两个极值点,若a2a4=2a3-2,则t的值为( )
A.-4 B.-5 C.4 D.5
【解析】选C.f'(x)=2x-10+=,x>0,所以a1,a5是方程2x2-10x+t=0的两个实数根,则a1>0,a5>0,a1a5=>0,
根据等比数列的性质,a2a4=a1a5=,且a2a4=2a3-2,
所以=2×-2,即t-4+4=0⇔=0,得t=4.
角度2 等比数列前n项和的性质
【例4】(1)(一题多法)已知等比数列{an}的公比为-,前n项和为Sn.若S2m=31,Sm=32,则m=( )
A.3 B.4 C.5 D.7
【解析】选C.法一:因为等比数列{an}的公比为-,S2m==31,Sm==32,
所以===1+qm=1+=,解得m=5.
法二:根据等比数列前n项和的性质得Sm,S2m-Sm,S3m-S2m成等比数列,且公比为qm,
所以=qm,即=(-)m,
解得m=5.
(2)已知等比数列{an}共有2n项,其和为-240,且奇数项的和比偶数项的和大80,则公比q=____________.
【解析】由题意,得
解得所以q==2.
答案:2
【训练3】 (2024·宣城模拟)设Sn是等比数列{an}的前n项和,若S3=4,a4+a5+a6=8,则=( )
A.2 B. C. D.
【解析】选B.由题意得S6-S3=8,S6=S3+8=4+8=12,
因为S3,S6-S3,S9-S6成等比数列,故=S3(S9-S6),
即82=4(S9-12),解得S9=28,故==.
角度3 等比数列的单调性
【例5】已知{an}是等比数列,a1>0,前n项和为Sn,则“2S8<S7+S9”是“{an}为递增数列”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】选B.因为数列{an}是等比数列,a1>0,
2S8<S7+S9,所以a8<a9,所以q7<q8,
所以q7(q-1)>0,所以q<0或q>1,
所以2S8<S7+S9的充要条件为q<0或q>1.
又a1>0,数列{an}为递增数列的充要条件为q>1,
所以“2S8<S7+S9”是“{an}为递增数列”的必要不充分条件.
解题技法
等比数列的单调性的应用方法
研究等比数列的单调性问题,要综合考虑首项的符号以及公比的取值范围,而涉及等比数列有关的单调性的充分必要条件问题,既要考虑数列的单调性也要善于举反例说明.
【训练4】 (多选题)(2025·赣州模拟)设等比数列{an}的公比为q,其前n项和为Sn,前n项积为Tn,并满足条件:a1>1,a2 024a2 025>1,<0,下列结论正确的是( )
A.S2 024<S2 025
B.a2 024a2 026<1
C.T2 024是数列{Tn}中的最大值
D.数列{Tn}无最大值
【解析】选ABC.对于A,由<0可得,(a2 024-1)(a2 025-1)<0(*),
由a2 024a2 025=q>1,可得q>0.
当q≥1时,因为a1>1,所以a2 024>1,a2 025>1,即(*)不成立;
当0<q<1时,a2 024>1,0<a2 025<1,(*)成立,故S2 024<S2 025,即A正确;
对于B,因a2 024a2 026-1=-1<0,故B正确;
对于C,D,由上分析a2 024>1,0<a2 025<1,且0<q<1,则T2 024是数列{Tn}中的最大值,故C正确,D错误.
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