内容正文:
提升点4 数列中的综合问题
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类型一 数列与函数、不等式
[例1] 已知数列的前项和为,,, .
(1)求 ;
【解】因为 ,
所以 .
所以 ,
因为,所以 .
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又, ,
所以 ,
所以数列 的奇数项、偶数项分别是以2,4为首项,4,4为公差的等差
数列.
当时, ;
当时,.综上, .
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(2)设,数列的前项和为,若 ,都
有成立,求实数 的取值范围.
【解】 因为 ,
所以
.
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所以, .
若,都有 成立,
则只需满足 ,
且,则 ,
所以 的取值范围是 .
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求数列不等式中参数的取值范围问题要看清楚是恒成立,还是有解问
题,若恒成立,则;若 有解,则
.在求与 时可利用函数的单调性求解.
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[对点训练] 已知正项数列的前项和为,且 .
(1)求证:数列 为等差数列;
证明:因为,所以当时, ,
所以 ,
所以 .
当时, ,
所以,即,故 是首项为1,公差为1的等差数列.
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(2)记,求证: .
证明: 由(1)知正项数列的前项和满足 ,
所以, ,
所以 ,
即 .
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类型二 与数列有关的最值、范围
[例2] 已知数列的前项和为,, .
(1)求数列 的通项公式;
【解】因为 ,
由 ,
得 ,
所以 ,
所以 ,
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即 .
在中,令,得 ,所
以 .
所以数列{}是首项为1,公差为1的等差数列,所以 ,即
.
当时,,当 时,
也适合上式,
所以数列的通项公式为 .
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(2)设,数列的前项和为,求证: .
证明:由(1)知
,
所以
,
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因为,所以随着 的增大而增大,
所以 .
又 .
所以 .
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求数列和式最值、范围的基本方法
(1)利用不等式组<m></m>确定和式的最大值;
利用不等式组<m></m>确定和式的最小值.
(2)利用和式的单调性.
(3)把数列的和式看作函数求其最值、值域.
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[对点训练] 在公差不为零的等差数列中,,且,, 成
等比数列,数列的前项和满足 .
(1)求数列和 的通项公式;
解:设等差数列的公差为,则 ,
因为,且,, 成等比数列,
所以,即 ,
解得或 (舍去),
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所以 .
因为数列的前项和 ,
当时,,所以 ,
当时, ,
所以 ,
即数列是首项为2,公比为2的等比数列,所以 .
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(2)设,数列的前项和为 ,若不等式
对任意恒成立,求实数 的取值范围.
解:由(1)可得 ,
所以 ,
所以 .
令, ,
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所以 ,
所以 单调递增,
所以 .
所以,所以 ,
所以 .
即实数的取值范围是 .
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类型三 数列与集合
[例3] (2024·日照一模)已知各项均为正数的数列的前 项和为
,且,, 成等差数列.
(1)求及 的通项公式;
【解】因为,,成等差数列,则,①且 ,
当时,可得,解得或 (舍去);
当时,可得 ,②
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①②得 ,
整理得,又 ,则
,
可知数列 是首项为1,公差为1的等差数列,所以
.
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(2)记集合的元素个数为,求数列 的前
50项和.
【解】 由(1)可得 ,
即 ,
因为 ,
当且仅当,即 时,等号成立,
可知, ;
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当,时,因为 ,
,
所以 .
综上所述,
所以数列 的前50项和为
.
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解答这类问题的思路是依据题设条件,综合运用所学的知识和数学思
想方法去分析问题和解决问题.明确集合中元素属性及个数,再结合数列知
识解决此类问题.
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[对点训练] 已知是等差数列, 是公比为2的等比数列,且
.
(1)证明: ;
证明:设等差数列的公差为 ,
由,得,即 ,
由,得 ,即
,即 .
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(2)求集合,,, 中元素的个数.
解:由(1)知,
,
,
由 ,
得 ,
由得 ,
由题知,所以,又,所以,3,4, ,
10,共9个数,即集合,,, ,3,4,
, 中元素的个数为9.
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类型四 数列中的创新问题
[例4] (2024·温州二模改编)已知数列,满足: 是等比
数列,, ,且
.
(1)求, ;
【解】因为, ,
所以 ,
又, ,
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,,所以 ,
所以等比数列的公比,所以 .
又, ,
则 ,
将 代入,
化简得 ,
所以数列是首项为2,公差为3的等差数列,所以 .
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(2)对数列,若存在互不相等的正整数,, , ,使得
也是数列中的项,则称数列 是“和稳定数
列”.试分别判断数列,是否是“和稳定数列”.若是,求出所有 的
值;若不是,请说明理由.
【解】 数列 是“和稳定数列”,理由如下:
当 时,
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是3的正整数倍,
故一定不是数列 中的项;
当 时,
,不是数列 中的项;
当 时,
,是数列 中的项.
综上,数列是“和稳定数列”, .
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数列 不是“和稳定数列”,理由如下:
不妨设,则 ,且
,
故不是数列中的项,所以数列 不是“和稳定数列”.
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新定义题型的破题模型
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[对点训练] (多选)(2024·枣庄二模)将数列 中的所有项排成
如下数阵:
…
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从第2行开始每一行比上一行多两项,且从左到右均构成以2为公比的等比
数列;第1列数,,, 成等差数列.若, ,则
( )
ACD
A. B.
C. 位于第45行第88列 D.2 024在数阵中出现两次
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解析:选.由第1列数,,,, 成等差数列可设公差为,
又由,,可得,,解得, ,
故A正确;
则第1列数组成数列 的通项公式为
,又从第2行开始每一行比上一行
多两项,且从左到右均构成以2为公比的等比数列,
可得 ,故B
错误;
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又因为每一行的最后一个数为,,,, ,且 ,可得
是第45行的最后一个数,因为这一行共有 个数,
是的前一个数,则 在第45行第88列,故C正确;
由题设可知第行第个数的大小为,, ,令
,若,则 ,即
;若,则,无整数解;若,则 ,
即;若,则 ,无整数解,故D正确.
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