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强基培优8
数列中的奇偶项问题
高考考情
数列是高中数学中非常重要的一个知识点,也是高考必考的内容.与数列有关的题目类型较多,其中分奇偶项求和问题比较常见.此类问题中奇数项和偶数项的通项公式一般会有所不同,要解答此类问题,我们需要灵活运用分类讨论思想和分组求和方法.
类型一 通项含(-1)n的类型
【例1】设Sn为数列{an}的前n项和,an>0,+2an+1=4Sn.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求数列{ (-1)n()}的前n项和Tn.
【解析】(1)已知+2an+1=4Sn,①
当n=1时,a1=1.
当n≥2时,+2an-1+1=4Sn-1,②
①-②得:+2an--2an-1=4an,
即(an+an-1)(an-an-1-2)=0.
又an>0,
所以an+an-1≠0,an-an-1=2.
所以数列{an}是以1为首项,
2为公差的等差数列,
所以an=2n-1.
(2)设bn=(-1)n()=(-1)n[]=(-1)n(+),
则Tn=b1+b2+…+bn=-(1+)+(+)-(+)+…+(-1)n(+)=-1+(-1)n.
解题技法
1.通项公式中含有(-1)n:
①等差数列的通项公式乘(-1)n,可用并项求和法求数列前n项的和;
②等比数列的通项公式中含有(-1)n,其前n项和可写成分段的形式.
2.递推公式中含有(-1)n:
寻找间隔两项之间的关系
如an+1+=2n,
n为奇数时,→an+2+an=2;n为偶数时,
→an+2+an=4n+2→得到相邻两个奇数项或偶数项的关系.
【训练1】 已知数列{an}的前n项和为Sn,2Sn=3an-9.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=(-1)nlog3an,求数列{bn}的前n项和Tn.
【解析】(1)当n=1时,2S1=3a1-9,
因为S1=a1,所以2a1=3a1-9,所以a1=9.
因为2Sn=3an-9,所以2Sn+1=3an+1-9,两式相减,得2an+1=3an+1-3an,即an+1=3an.
又因为a1=9,所以an>0,所以数列{an}是以9为首项,3为公比的等比数列,
所以an=9×3n-1=3n+1.
(2)由(1)可知bn=(-1)nlog3an=(-1)n(n+1),当n为偶数时,Tn=(-2+3)+(-4+5)+…+
[-n+(n+1)]=.
当n为奇数时,Tn=(-2+3)+(-4+5)+…+[-(n-1)+n]-(n+1)=-(n+1)=-.
所以Tn=
类型二 分段函数型
【例2】(2023·新高考Ⅱ卷)已知{an}为等差数列,bn=记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的前n项和,S4=32,T3=16.
(1)求{an}的通项公式;
(2)证明:当n>5时,Tn>Sn.
【解析】(1)设等差数列{an}的公差为d,而bn=k∈N*,
则b1=a1-6,b2=2a2=2a1+2d,b3=a3-6=a1+2d-6,
于是解得a1=5,d=2,an=a1+(n-1)d=2n+3,
所以数列{an}的通项公式是an=2n+3.
(2)法一:由(1)知,Sn==n2+4n,bn=k∈N*,
当n为偶数时,bn-1+bn=2(n-1)-3+4n+6=6n+1,
Tn=·=n2+n,
当n>5时,Tn-Sn=(n2+n)-(n2+4n)=n(n-1)>0,因此Tn>Sn;
当n为奇数时,Tn=Tn+1-bn+1=(n+1)2+(n+1)-[4(n+1)+6]=n2+n-5,
当n>5时,Tn-Sn=(n2+n-5)-(n2+4n)=(n+2)(n-5)>0,因此Tn>Sn.
综上所述,当n>5时,Tn>Sn.
法二:由(1)知,Sn==n2+4n,bn=k∈N*,
当n为偶数时,Tn=(b1+b3+…+bn-1)+(b2+b4+…+bn)=·+·=n2+n,
当n>5时,Tn-Sn=(n2+n)-(n2+4n)=n(n-1)>0,因此Tn>Sn;
当n为奇数时,若n≥3,则Tn=(b1+b3+…+bn)+(b2+b4+…+bn-1)=·+
·=n2+n-5,
显然T1=b1=-1满足上式,
因此当n为奇数时,Tn=n2+n-5,
当n>5时,Tn-Sn=(n2+n-5)-(n2+4n)=(n+2)(n-5)>0,因此Tn>Sn.
综上所述,当n>5时,Tn>Sn.
解题技法
破解以“分段函数”形式创设的数列递推关系式的创新应用问题,关键是抓住数列中奇、偶项之间的递推关系式,综合应用数列的定义、数列的类型、数列的通项公式及数列的求和公式等,注意不同数列之间、同一数列中的奇偶项之间的转化与变形,回归特殊数列的本质进行解题.
【训练2】 (2024·青岛模拟)已知递增等比数列{an}的前n项和为Sn,且S3=13,=3a4,等差数列{bn}满足b1=a1,b2=a2-1.
(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(2)若cn=请判断c2n-1+c2n与a2n的大小关系,并求数列{cn}的前20项和.
【解析】(1)设等比数列{an}的公比为q,
由题意得
即
解得或
又等比数列{an}单调递增,所以
所以an=a1·qn-1=3n-1,
所以b1=a1=1,b2=a2-1=2,
所以等差数列{bn}的公差为1,
故bn=1+(n-1)×1=n.
(2)由(1)知cn=
所以+=-(2n-1)·+2n·==,
所以T20=c1+c2+c3+c4+…+c19+c20
=(c1+c2)+(c3+c4)+…+(c19+c20)
=3+33+…+319==(910-1).
类型三 数列中连续两项和(或积)的问题(an+an+1=f(n)或an·an+1=f(n))
【例3】已知数列{an}满足a1=1,an+1+an=4n.
(1)求数列{an}的前100项和S100;
(2)求数列{an}的通项公式.
【解析】(1)因为a1=1,an+1+an=4n,
所以S100=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a99+a100)=4×1+4×3+…+4×99=4×(1+3+5+…+99)
=4×502=10 000.
(2)由题意,an+1+an=4n①,
an+2+an+1=4(n+1)②,
由②-①得,an+2-an=4.因为a1=1,a1+a2=4,所以a2=3,所以数列{an}的奇数项与偶数项都是公差为4的等差数列.
当n为奇数时,an=a1+(-1)×4=2n-1;
当n为偶数时,an=a2+(-1)×4=2n-1.
综上所述,an=2n-1.
解题技法
1.当n为偶数时,Sn=a1+a2+a3+…+an-1+an,其中奇数项、偶数项各为项,可直接利用分组求和Sn=(a1+a3+…++an-1)+(a2+a4+…++an).
2.当n为奇数时,Sn=a1+a2+a3+…+an-1+an⇒Sn=Sn-1+an,其中Sn-1可利用上述结论代入,然后再快速求解Sn=Sn-1+an.
【训练3】 在数列{an}中,已知a1=1,an·an+1=()n,记Sn为{an}的前n项和,bn=+,n∈N*.
(1)判断数列{bn}是否为等比数列,并写出其通项公式;
(2)求数列{an}的通项公式;
(3)求Sn.
【解析】(1)因为an·an+1=()n,所以an+1·an+2=()n+1,所以=,即an+2=an.
因为bn=+,所以===,
所以数列{bn}是公比为的等比数列.
因为a1=1,a1·a2=,
所以a2=,b1=a1+a2=,
所以bn=×()n-1=,n∈N*.
(2)由(1)可知an+2=an,a1,a3,a5,…是以a1=1为首项,为公比的等比数列;a2,a4,a6,…是以a2=为首项,为公比的等比数列,
所以=()n-1,=()n,
所以an=
(3)因为=(a1+a3+…+)+(a2+a4+…+)=+=3-,
又S2n-1=S2n-a2n=3--=3-,
所以Sn=
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