内容正文:
第一章 数列
§1 数列的概念及其函数特性
1.2 数列的函数特性
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课前案·自主学习
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CONTENTS
03
课堂案·互动探究
课后案·学业评价
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课前案·自主学习
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导学 数列的函数特性
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图象(平面直角坐标系内的一串点)
(n,an),n=1,2,3,…
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an+1>an
an+1<an
都相等
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课后案·学业评价
03
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第一章 数列
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学业标准
素养目标
1.理解数列的函数特性.(重点)
2.会利用数列的图象、通项公式判断数列的增减性.(难点)
1.通过学习数列的函数特性,培养直观想象等核心素养.
2.通过判断数列的增减性,提升逻辑推理等核心素养.
[提示] (1)通项公式法:an=2n.
数列可看作函数,类比函数的表示方法,你认为数列除了通项公式表示法之外,还可以怎样表示?
[提示] 数列还可以用图象、列表来表示.
以数列2,4,6,8,10,12,…为例,你能用几种方法表示这个数列?
(2)列表法:
n
1
2
3
…
k
…
an
2
4
6
…
2k
…
(3)图象法:
类比函数的单调性,问题2中的数列的增减性如何?
[提示] 问题2中的数列是递增数列,它满足an+1>an.
◎结论形成
1.数列的图象
可以把一个数列视作定义在正整数集(或其子集)上的函数,因此可以用_____________________________________来表示数列,图象中每个点的坐标为___________________________这个图象也称为数列的图象.
2.数列的增减性
递增
数列
一个数列{an},如果从第2项起,每一项都大于它的前一项,即______________,那么这个数列叫作递增数列
递减
数列
一个数列{an},如果从第2项起,每一项都小于它的前一项,即_____________,那么这个数列叫作递减数列.
常数列
如果数列{an}的各项_________,那么这个数列叫作常数列
[拓展]
周期数列的概念
观察摆动数列-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,…,我们可以发现,数列的项-1,1重复出现,用公式表示为an=an+2.若记f(n)=an,则可以表示为f(n)=f(n+2),即数列中的项循环出现,我们称此类数列为周期数列.周期数列的递推公式的一般形式为an+k=an(n∈N+,k∈N+,k≥2),如数列1,2,3,1,2,3,1,2,3,…是周期为3的周期数列,满足an+3=an(n∈N+).
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)数列可以看作是定义域为正整数集的函数的函数值.( )
(2)函数y=f(x)为减函数,则数列an=f(n)必为递减数列.( )
(3)0,1,0,1,…是常数列.( )
(4)数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(n,n+1)))是递增数列.( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√
2.(2025·重庆永川北山中学月考)下面四个数列中,既是无穷数列又是递增数列的是( )
A.1, eq \f(1,2), eq \f(1,3), eq \f(1,4),…
B.sin eq \f(π,7),sin eq \f(2π,7),sin eq \f(3π,7),…
C.-1,- eq \f(1,2),- eq \f(1,4),- eq \f(1,8),…
D.1, eq \r(2), eq \r(3),…, eq \r(21)
解析 观察可知A中数列是递减数列,B中数列是摆动数列,D中数列是有穷数列,均不符合题意.故选C.
答案 C
3.已知an+1-an-3=0,则数列{an}是( )
A.递增数列
B.递减数列
C.常数列
D.不能确定
解析 an+1-an=3>0,故数列{an}为递增数列.
答案 A
4.若数列{an}的通项公式为an=-2n2+24n,则数列{an}各项中的最大项是( )
A.第4项
B.第5项
C.第6项
D.第7项
解析 因为an=-2n2+24n=-2(n-6)2+72,
所以当n=6时,an取得最大值为a6,故选C.
答案 C
题型一 图象法判断数列的增减性
[教材例4迁移]已知数列{an}的通项公式为an= eq \f(2,2n-9),画出它的图象,并判断增减性.
[解析] 图象如图所示,当1≤n≤4,n∈N+时,数列{an}是递减的;当n≥5,n∈N+时,数列{an}也是递减的.
数列的图象可直观地反映数列各项的变化趋势,从而判断数列的增减性.
[触类旁通]
1.根据下面3个数列的通项公式,分别作出它们的图象,并判断它们是递增数列还是递减数列.
(1)an=- eq \f(n,4);(2)bn= eq \f(2n,3);(3)cn= eq \f((-1)n,n).
解析 (1)图象如图①,由图象知数列{an}为递减数列.
(2)图象如图②,由图象知数列{bn}为递增数列.
(3)图象如图③,由图象观察表示数列{cn}的各点在横轴上、下摆动,它不是递增数列,也不是递减数列.
题型二 定义法判断数列的增减性 eq \a\vs4\al(一题多解)
[教材例3拓展](1)(多选题)如果{an}为递增数列,则{an}的通项公式可以为( )
A.an=2n+3
B.an=-n2-3n+1
C.an= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)
D.an=1+log2n
(2)已知数列{an}的通项公式是an= eq \f(2n,n+1),判断该数列的单调性.
[解析] (1)A是n的一次函数,一次项系数为2,所以为递增数列;
B是n的二次函数,二次项系数为-1,且对称轴为n=- eq \f(3,2),所以为递减数列;
C是n的指数函数,且底数为 eq \f(1,2),是递减数列;
D是n的对数函数,且底数为2,是递增数列.
(2)法一(作差法)
因为an+1-an= eq \f(2(n+1),n+2)- eq \f(2n,n+1)
= eq \f(2(n+1)2-2n(n+2),(n+2)(n+1))= eq \f(2,(n+2)(n+1))>0,
所以an+1>an对任意的n(n∈N+)都成立,
所以数列{an}是递增数列.
法二(作商法)
因为an= eq \f(2n,n+1)>0,
所以 eq \f(an+1,an)= eq \f(\f(2(n+1),n+2),\f(2n,n+1))= eq \f((n+1)2,n(n+2))= eq \f(n2+2n+1,n2+2n)>1,
所以an+1>an对任意的n(n∈N+)都成立.
故数列{an}是递增数列.
法三(函数性质法)
an= eq \f(2n,n+1)= eq \f(2(n+1)-2,n+1)=2- eq \f(2,n+1).
由于函数y=2- eq \f(2,x+1)在[1,+∞)上单调递增,
因此数列{an}是递增数列.
[答案] (1)AD (2)略
[素养聚焦] 在判断数列增减性的过程中,提升了逻辑推理等核心素养.
1.作差比较法.根据an+1-an的符号判断数列{an}是递增数列、递减数列还是常数列;
2.作商比较法.根据 eq \f(an+1,an)(an>0或an<0)与1的大小关系进行判断;
3.利用相应的函数性质判断,即函数单调,相应的数列必单调.
[触类旁通]
2.(1)(多选题)下列是递增数列的是( )
A.{1+3n}
B.{3n-2n+2}
C.{2n-n}
D.{(-3)n}
(2)已知数列{an}的通项公式为an= eq \r(n)- eq \r(n+1),求证:数列{an}为递增数列.
解析 (1)令an=1+3n,则an+1-an=1+3(n+1)-(1+3n)=3>0,故{1+3n}是递增数列,符合题意;
令an=3n-2n+2,则a1=-5,a2=-7,不符合题意;
令an=2n-n,则an+1-an=2n+1-(n+1)-2n+n=2n-1>0,
故{2n-n}是递增数列,符合题意;
令an=(-3)n,则a1=-3,a3=-27,不符合题意.
故选AC.
(2)证明 法一 an+1-an=( eq \r(n+1)- eq \r(n+2))-( eq \r(n)- eq \r(n+1))=2 eq \r(n+1)-( eq \r(n+2)+ eq \r(n)).
因为(2 eq \r(n+1))2-( eq \r(n+2)+ eq \r(n))2
=4n+4-(n+2+n+2 eq \r(n(n+2)) )
=2(n+1)-2 eq \r(n(n+2))
=2( eq \r((n+1)2)- eq \r(n(n+2)) )
=2( eq \r(n2+2n+1)- eq \r(n2+2n) )>0,
即an+1>an,所以数列{an}是递增数列.
法二 eq \f(an+1,an)= eq \f(\r(n+1)-\r(n+2),\r(n)-\r(n+1))
= eq \f(\r(n)+\r(n+1),\r(n+1)+\r(n+2))<1.
因为an<0,所以an+1>an.
所以数列{an}是递增数列.
答案 (1)AC (2)略
题型三 数列增减性的应用 eq \a\vs4\al(一题多变)
(1)(2025·北京市海淀区期末)已知函数f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1((3-a)x-6,x≤10,,ax-9,x>10.))若数列{an}满足an=f(n),n∈N+,且{an}是递增数列,则实数a的取值范围是( )
A.(1,3)
B.(1,2]
C.(2,3)
D. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(14,11),3))
(2)已知数列{an}的通项公式为an= eq \f(9n(n+1),10n)(n∈N+).试问数列{an}有没有最大项?如果有,求出这个最大项;如果没有,请说明理由.
[解析] (1)由题意知an= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1((3-a)n-6,n≤10,,an-9,n>10,))
因为数列{an}是递增数列,
所以当n≤10时,3-a>0,即a<3;
当n>10时,a>1.
又a10<a11,所以(3-a)×10-6<a11-9,
即a2+10a-24>0,即(a+12)(a-2)>0,
所以a<-12或a>2.
综上可得,a的取值范围为(2,3).
(2)因为an+1-an= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(9,10)))
eq \s\up12(n+1)·(n+2)- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(9,10)))
eq \s\up12(n)·(n+1)= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(9,10)))
eq \s\up12(n+1)
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1((n+2)-\f(10,9)(n+1)))
= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(9,10)))
eq \s\up12(n+1)· eq \f(8-n,9),
所以当n≤7时,an+1-an>0,an+1>an;
当n=8时,an+1-an=0,an+1=an;
当n≥9时,an+1-an<0,an+1<an.
所以存在最大项,最大项为a8=a9=0.98×9.
[答案] (1)C (2)略
[母题变式]
(变条件)本例(2)通项an变为an= eq \f(3n,2n+1),其他不变,如何解?
解析 eq \f(an+1,an)= eq \f(\f(3n+1,2n+3),\f(3n,2n+1))= eq \f(3(2n+1),2n+3).
因为n∈N+,所以6n+3>2n+3,所以 eq \f(an+1,an)>1,
又an>0,所以an+1>an.
所以数列{an}是递增数列,
即数列{an}中没有最大项.
数列增减性的应用
(1)求数列的最大项.首先判断数列的单调性或项的增减特征,确定最大项的项数后求出相应的项.
(2)求参数的范围,由数列的单调性,列出关于an+1,an的不等式,利用不等式及函数知识求范围,其中分离参数是常用的解题技巧.
[触类旁通]
3.(1)已知an= eq \f(n-\r(2 018),n-\r(2 019))(n∈N+),则数列{an}的前50项中最小项和最大项分别是( )
A.a1,a50
B.a1,a44
C.a45,a50
D.a44,a45
(2)(多选题)数列{an}的通项公式an=n+ eq \f(a,n),则( )
A.当a=2时,数列{an}的最小值是a1=a2=3
B.当a=-1时,数列{an}的最小值是a1=0
C.当0<a<4时,a不是数列{an}的项
D.当a<2时,{an}为递减数列
解析 (1)an= eq \f(n-\r(2 018),n-\r(2 019))=1+ eq \f(\r(2 019)-\r(2 018),n-\r(2 019)),
因为442=1 936,452=2 025,所以n≤44时,数列{an}单调递减,且0<an<1;n≥45时,数列{an}单调递减,且an>1.
所以在数列{an}的前50项中最小项和最大项分别是a44,a45.
(2)当a=2时,an=n+ eq \f(2,n),由f(x)=x+ eq \f(2,x)的单调性及a1=3,a2=3,可知A正确;
当a=-1时,an=n- eq \f(1,n),显然是递增数列,故最小值为a1=0,B正确;
令an=n+ eq \f(a,n)=a,得n2-na+a=0,当0<a<4时,Δ=a2-4a<0,故方程无解,所以a不是数列{an}中的项,C正确;
若{an}是递减数列,则an+1<an,即n+1+ eq \f(a,n+1)<n+ eq \f(a,n),得a>n2+n,又n2+n≥2,所以a>2,D错误.故选ABC.
答案 (1)D (2)ABC
知识落实
技法强化
(1)数列的函数特征.
(2)数列的增减性及应用.
(1)判断数列的单调性:定义法、数形结合法.
(2)数列与函数既有联系又有区别.
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