内容正文:
第一章 数列
§2 等差数列
2.1 等差数列的概念及其通项公式
第1课时 等差数列的概念及其通项公式
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课前案·自主学习
01
02
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1 等差数列的概念
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2
同一个常数
公差
d
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导学2 等差数列的通项公式
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a1+(n-1)d
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课堂案·互动探究
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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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1
学业标准
素养目标
1.理解等差数列的概念,掌握等差数列的判断与证明的方法.(重点)
2.会归纳等差数列的通项公式,会运用通项公式解决一些简单问题.(重点、难点)
1.借助等差数列概念的学习,培养数学抽象等核心素养.
2.借助等差数列通项公式的求解与运用,提升数学运算等核心素养.
[提示] 能,如果用d表示那个常数,则可以表示成an+1-an=d.
数列:
(1)0,5,10,15,20;
(2)48,53,58,63;
(3)18,15.5,13,10.5,8,5.5.
以上三个数列有什么共同的特征?
[提示] 共同特征:从第2项起,每一项与它的前一项的差是同一个常数.
问题1中的数列的共同特征能不能用一个式子表示?
◎结论形成
等差数列的概念
对于一个数列,如果从第___项起,每一项与它的前一项的差都是_______________,那么称这样的数列为等差数列,称这个常数为等差数列的______,通常用字母d表示.由此定义可知,对等差数列{an},有a2-a1=a3-a2=…=an-an-1=…=___.
[导学点睛]
对等差数列定义的理解
(1)“从第2项起”是因为首项没有“前一项”.
(2)一个数列从第2项起,每一项与它前一项的差即使等于常数,这个数列也不一定是等差数列,因为当这些常数不同时,该数列不是等差数列,因此定义中强调“同一个常数”,注意不要漏掉这一条件.
(3)求公差d时,可以用d=an-an-1来求,也可以用d=an+1-an来求.注意公差是每一项与其前一项的差,且用d=an-an-1求公差时,要求n≥2,n∈N+.
若一个等差数列{an},首项是a1,公差为d,你能用a1和d表示出a2,a3,a4吗?
[提示] a2-a1=d,即a2=a1+d;
a3-a2=d,即a3=a2+d=a1+2d;
a4-a3=d,即a4=a3+d=a1+3d.
由问题1中的a2,a3,a4的表示,你能猜想等差数列的通项公式吗?
[提示] 猜想通项公式为an=a1+(n-1)d.
◎结论形成
等差数列的通项公式
若首项是a1,公差是d,则等差数列{an}的通项公式为an=_____________.
[拓展] 在公差为d的等差数列中,an与am满足关系:an=am+(n-m)d(m,n∈N+).
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)如果一个数列的每一项与它的前一项的差是一个常数,那么这个数列是等差数列.( )
(2)若数列{an}满足an-an-1=d(d是常数),则{an}是等差数列.( )
(3)若数列{an}满足an+2-an=3,则{an}是等差数列.( )
(4)若a+c=2b,则实数a,b,c成等差数列.( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.(多选题)下列数列是等差数列的是( )
A.0,0,0,0,0,…
B.1,11,111,1111,…
C.-5,-3,-1,1,3,…
D.1,2,3,5,8,…
解析 根据等差数列的定义可知A,C中的数列是等差数列,而B,D中,从第2项起,每一项与前一项的差不是同一个常数.
答案 AC
3.已知数列{an}为等差数列,a4=2,a7=-4,那么数列{an}的通项公式为( )
A.an=-2n+10
B.an=-2n+5
C.an=- eq \f(1,2)n+10
D.an=- eq \f(1,2)n+5
解析 设数列{an}的首项为a1,公差为d,
由题得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1+3d=2,,a1+6d=-4,))所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1=8,,d=-2.))
所以an=8+(n-1)×(-2)=-2n+10.
答案 A
4.已知等差数列-5,-2,1,…,则该数列的第20项为_____________.
解析 由已知得,此等差数列的公差为d=3,
故a20=-5+19×3=52.
答案 52
题型一 等差数列的概念 eq \a\vs4\al(自练悟通)
[基础题组]
1.(多选题)下列数列中成等差数列的是( )
A. eq \f(1,2), eq \f(1,3), eq \f(1,4)
B.lg 5,lg 6,lg 7
C.1, eq \f(7,8), eq \f(3,4)
D.3,3,3
解析 对于A, eq \f(1,3)- eq \f(1,2)≠ eq \f(1,4)- eq \f(1,3),故A不是等差数列;对于B,lg 6-lg 5≠lg 7-lg 6,故B不是等差数列;对于C, eq \f(7,8)-1= eq \f(3,4)- eq \f(7,8),故C是等差数列;对于D,公差为0,故D是等差数列.故选CD.
答案 CD
2.判断下列数列是不是等差数列,如果不是,请说明理由.
(1)an= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(6,n=1,,-2n+9,n≥2;))
(2)an=a,且n∈N+(a为常数).
解析 (1)由题意得a1=6,a2=5,当n≥3时,an-an-1=-2.由于5-6=-1,而从第3项起,每一项与前一项的差等于同一个常数-2,所以该数列不是等差数列,但可以说从第2项起该数列是等差数列.
(2)该数列从第2项起,每一项与前一项的差等于同一个常数0,所以该数列是等差数列.
判断一个数列是不是等差数列,切记不可通过计算a2-a1,a3-a2,a4-a3等几个有限的式子的值后,根据它们的值都是同一个常数,就得出该数列为等差数列的结论(事实上,由以上3个式子仅可得出数列{an}的前四项成等差数列),因为由特殊到一般得出的结论不一定正确.
题型二 等差数列的通项公式及应用 eq \a\vs4\al(一题多解)
[教材例2拓展](1)在等差数列{an}中,已知a4=7,a10=25,求通项公式an;
(2)已知数列{an}为等差数列,a3= eq \f(5,4),a7=- eq \f(7,4),求a15的值.
[解析] (1)法一 因为a4=7,a10=25,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1+3d=7,,a1+9d=25,))得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1=-2,,d=3.))
所以an=-2+(n-1)×3=3n-5,
即通项公式an=3n-5(n∈N+).
法二 因为a4=7,a10=25,
所以a10-a4=6d=18,
所以d=3,所以an=a4+(n-4)d=3n-5(n∈N+).
(2)法一 由 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a3=\f(5,4),,a7=-\f(7,4),))得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1+2d=\f(5,4),,a1+6d=-\f(7,4),))
解得a1= eq \f(11,4),d=- eq \f(3,4).
所以a15=a1+(15-1)d= eq \f(11,4)+14× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,4)))=- eq \f(31,4).
法二 由a7=a3+(7-3)d,即- eq \f(7,4)= eq \f(5,4)+4d,
解得d=- eq \f(3,4).
所以a15=a3+(15-3)d= eq \f(5,4)+12× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,4)))=- eq \f(31,4).
等差数列通项公式的应用
(1)等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d中含有四个量,即an,a1,n,d,如果知道了其中的任意三个量,就可以由通项公式求出第四个量.
(2)若所求问题中的条件与结论的联系不明显,则可把所给条件都化为与a1和d的方程组,解方程组可求出a1和d.
[触类旁通]
1.(1)已知数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))是等差数列,且a1=1,a4=4,则a10=( )
A.- eq \f(4,5)
B.- eq \f(5,4)
C. eq \f(4,13)
D. eq \f(13,4)
(2)(2025·日照高二月考)已知等差数列{an}中,a15=33,a61=217,试判断153是不是这个数列的项?如果是,是第几项?
解析 (1)设等差数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))的公差为d,则 eq \f(1,a4)- eq \f(1,a1)=3d=- eq \f(3,4),解得d=- eq \f(1,4),所以 eq \f(1,a10)= eq \f(1,a1)+9d=1- eq \f(9,4)=- eq \f(5,4),所以a10=- eq \f(4,5).故选A.
(2)设首项为a1,公差为d,
则an=a1+(n-1)d,
由已知 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1+(15-1)d=33,,a1+(61-1)d=217,))
解得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1=-23,,d=4.))
所以an=-23+(n-1)×4=4n-27,
令an=153,即4n-27=153,解得n=45∈N+,
所以153是所给数列的第45项.
答案 (1)A (2)略
题型三 等差数列的判定与证明 eq \a\vs4\al(一题多变)
[教材例1提升](1)判断下列数列是否为等差数列.
①an=3n+2;②an=n2+n.
(2)在数列{an}中,a1=0,a2=1,当n≥2时, eq \f(an+1,an)= eq \f(n,n-1).求证:数列{an}是等差数列.
(1)[解析] ①an+1-an=3(n+1)+2-(3n+2)=3(常数),n为任意正整数,
所以此数列为等差数列.
②因为an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)
=2n+2(不是常数),所以此数列不是等差数列.
(2)[证明] 当n≥2时,由 eq \f(an+1,an)= eq \f(n,n-1),
得(n-1)an+1=nan,
所以nan+2=(n+1)an+1,两式相减得
nan+2-(n-1)an+1=(n+1)an+1-nan,
整理得,nan+2+nan=2nan+1,
所以an+2+an=2an+1,
所以an+2-an+1=an+1-an,
又因为a3-a2=2a2-a2=a2=a2-0=a2-a1,
所以数列{an}是等差数列.
[母题变式]
1.(变条件)本例(2)中若将“a1=0,a2=1,当n≥2时, eq \f(an+1,an)= eq \f(n,n-1)”改为“a1=1,当n≥1时, eq \f(an+1,an)= eq \f(n+1,n),n∈N+”,试判断此数列是否为等差数列?
解析 因为由 eq \f(an+1,an)= eq \f(n+1,n),得nan+1=(n+1)an,
所以(n+1)an+2=(n+2)an+1,
两式相减得
(n+1)an+2-nan+1=(n+2)an+1-(n+1)an,
整理得,(n+1)an+2+(n+1)an=2(n+1)an+1,
所以an+2+an=2an+1,n∈N+,
即an+2-an+1=an+1-an=…=a2-a1=1,
所以数列{an}是等差数列.
2.(变条件、变结论)已知数列{an}满足an+1= eq \f(6an-4,an+2),且a1=3(n∈N+).
(1)求证:数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an-2)))是等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明 因为an+1= eq \f(6an-4,an+2),a1=3,
所以 eq \f(1,a1-2)= eq \f(1,3-2)=1, eq \f(1,an+1-2)= eq \f(1,\f(6an-4,an+2)-2)
= eq \f(an+2,(6an-4)-2(an+2))= eq \f(an+2,4an-8)= eq \f((an-2)+4,4(an-2))
= eq \f(1,an-2)+ eq \f(1,4).
即 eq \f(1,an+1-2)- eq \f(1,an-2)= eq \f(1,4),n∈N+.
故数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an-2)))是首项为1,公差为 eq \f(1,4)的等差数列.
(2)解析 由(1)知 eq \f(1,an-2)= eq \f(1,a1-2)+(n-1)× eq \f(1,4)= eq \f(n+3,4),所以an= eq \f(2n+10,n+3),n∈N+.
1.要判断或证明数列{an}是等差数列,只需证明an+1-an=d,其中d是常数.
2.要判断或证明数列{an}不是等差数列,可以举出反例,如说明前三项不是等差数列,也可以运用反证法间接证明.
[提醒] 当n≥2时,an+1-an=d(d为常数),无法说明数列{an}是等差数列,因为a2-a1不一定等于d.
[触类旁通]
2.(2025·漳州期末)已知数列{an}的通项公式an=2n+1,判断数列{log2(an-1)}是否为等差数列,并证明你的结论.
解析 数列{log2(an-1)}是等差数列,证明如下:
令bn=log2(an-1),因为an=2n+1,
所以bn=log2(an-1)=log2(2n+1-1)=n.
所以bn+1=n+1,则bn+1-bn=1,又b1=1,
所以{bn}是首项为1,公差为1的等差数列.
即{log2(an-1)}是首项为1,公差为1的等差数列.
[缜密思维提能区] 易错案例
[典例] 已知数列{an}满足a1=1,an+1=an+2n,求数列{an}的通项公式.
[错解] 由已知,得an+1-an=2n,
所以{an}是公差为2n的等差数列,
于是an=1+(n-1)·2n=2n2-2n+1.
[正解] 由已知,得an+1-an=2n,
所以a2-a1=2×1,a3-a2=2×2,a4-a3=2×3,…,an-an-1=2(n-1),
以上各式相加,得an-a1=2×[1+2+3+…+(n-1)]=n(n-1),
所以an=n2-n+1.
[纠错心得] 等差数列的定义是判断或证明一个数列是不是等差数列的重要依据,要说明{an}是等差数列,应证明an+1-an=d,其中d必须是一个与n无关的常数.
知识落实
技法强化
(1)等差数列的有关概念.
(2)等差数列的通项公式及应用、证明.
(1)证明数列是等差数列时常用定义法、公式法.
(2)证明一个数列不是等差数列,则只需举出一个反例即可.
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