内容正文:
第一章 数列
§3 等比数列
3.1 等比数列的概念及其通项公式
第1课时 等比数列的概念及其通项公式
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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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第一章 数列
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课前案·自主学习
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导学1 等比数列的概念
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2
前一项的比值
同一个
公比
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导学2 等比数列的通项公式
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a1qn-1(a1≠0,
q≠0)
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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.理解等比数列的概念,掌握等比数列的判断与证明方法.(重点)
2.会归纳等比数列的通项公式,会运用通项公式解决一些简单问题.(重点、难点)
1.借助等比数列概念的学习,培养数学抽象等核心素养.
2.通过等比数列通项公式的求解与运用,提升逻辑推理、数学运算等核心素养.
观察下面几个数列:①3,9,27,81,243,…;②1, eq \f(1,2), eq \f(1,4), eq \f(1,8), eq \f(1,16),…;③ eq \f(1,3), eq \f(1,3), eq \f(1,3), eq \f(1,3), eq \f(1,3),…;④1,-2,4,-8,16,….
思考:(1)这些数列是等差数列吗?
(2)这几个数列的共同特征是什么?
[提示] (1)③是等差数列,其余都不是等差数列.
(2)这些数列的共同特点是从第2项起,每一项与它的前一项的比都是同一个常数.
◎结论形成
等比数列的概念
如果一个数列从第___项起,每一项与它的__________________都是______常数,那么称这样的数列为等比数列,称这个常数为等比数列的______,通常用字母q(q≠0)表示.
[导学点睛]
对等比数列概念的理解
(1)每一项与它的前一项的比值必须是同一个常数(因为同一个常数体现了等比数列的基本特征).
(2)等比数列中的任何一项均不能为零.
(3)等比数列的公比可以是正数、负数,但不能为零.
给出等比数列{an}:1,3,9,27,81,…,请根据下列两种思路探求其通项公式.
(1)根据等比数列的定义,{an}的递推公式可以如何表示?利用累乘法能否求得{an}的通项公式?
(2)根据等比数列的定义,能否将{an}的各项都用首项和公比表示出来?由此归纳{an}的通项公式.
[提示] (1){an}的递推公式是a1=1, eq \f(an,an-1)=3(n≥2),利用累乘法可得an=3n-1.
(2)由等比数列的定义: eq \f(a2,a1)=q,所以a2=a1q,
eq \f(a3,a2)=q,a3=a2q=a1q2,…, eq \f(an,an-1)=q,
an=an-1q=…=a1qn-1.
◎结论形成
等比数列的通项公式
若首项是a1,公比是q,则等比数列{an}的通项公式为an=_______________ _________.
[拓展]
等比数列通项公式的推导
(1)方法一(归纳法):由等比数列的定义可知,a2=a1q,a3=a2q=a1q2,a4=a3q=a1q3,a5=a4q=a1q4,…,归纳得an=a1qn-1(n≥2).
当n=1时,上面的等式两边均为a1,所以等式也成立,因此当n∈N+时,an=a1qn-1成立.需要注意的是上述过程不是证明的过程,我们以后可以用数学归纳法来完成证明.
(2)方法二(累乘法):根据等比数列的定义,可知 eq \f(a2,a1)=q, eq \f(a3,a2)=q, eq \f(a4,a3)=q,…, eq \f(an,an-1)=q.上述(n-1)个等式两边分别相乘,得 eq \f(an,a1)=qn-1,所以an=a1qn-1(n≥2).当n=1时等式也成立.
(3)方法三(迭代法):由于数列{an}是等比数列,所以an=an-1q=(an-2q)q=an-2q2=(an-3q)q2=…=a1qn-1(n≥2).当n=1时,等式也成立.
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比是一个常数,那么这个数列是等比数列.( )
(2)若数列{an}的通项公式是an=cqn(c,q∈R,c≠0,q≠0),则{an}一定是等比数列.( )
(3)常数列a,a,a,a,…一定是等比数列.( )
(4)若数列的通项公式为an= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2,n=1,,3n,n≥2,))则{an}是等比数列.( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×
2.在等比数列{an}中,a1=1, eq \f(a6+a8,a3+a5)= eq \f(1,27),则a6的值为( )
A. eq \f(1,27)
B. eq \f(1,81)
C. eq \f(1,243)
D. eq \f(1,729)
解析 设等比数列{an}的公比为q,由 eq \f(a6+a8,a3+a5)= eq \f((a3+a5)q3,a3+a5)=q3= eq \f(1,27),得q= eq \f(1,3),所以a6=a1q5= eq \f(1,243).
答案 C
3.在等比数列{an}中,a3=2,a7=8,则a5=( )
A.4
B.-4
C.±4
D.5
解析 设公比为q(q≠0且q≠1),
由题知 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a3=a1q2=2, ①,a7=a1q6=8, ②))
①②得q4=4,故q2=2,
则a5=a3q2=2×2=4,故选A.
答案 A
4.在等比数列{an}中,a1+a2=6,a3=3,则公比q的值为___________.
解析 由题意得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1+a1q=6,,a1q2=3,))
解得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1=3,,q=1,))或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1=12,,q=-\f(1,2).))
答案 1或- eq \f(1,2)
题型一 等比数列通项公式的应用 eq \a\vs4\al(一题多解)
[教材例2迁移]在等比数列{an}中.
(1)a4=2,a7=8,求an;
(2)a2+a5=18,a3+a6=9,an=1,求n.
[解析] 设首项为a1,公比为q.
(1)法一 因为 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a4=a1q3,,a7=a1q6,))所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1q3=2, ①,a1q6=8. ②))
由①②得q3=4,从而q= eq \r(3,4),
而a1q3=2,于是a1= eq \f(2,q3)= eq \f(1,2),
所以an=a1qn-1=2 eq \s\up6(\f(2n-5,3)).
法二 因为a7=a4q3,所以q3=4,q= eq \r(3,4).
所以an=a4qn-4=2·( eq \r(3,4))n-4=2 eq \s\up6(\f(2n-5,3)).
(2)因为 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a2+a5=a1q+a1q4=18, ③,a3+a6=a1q2+a1q5=9. ④))
由③④得q= eq \f(1,2),从而a1=32,又an=1,
所以32× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)=1,即26-n=20,所以n=6.
与求等差数列的通项公式的基本量一样,求等比数列的通项公式的基本量也常运用方程的思想和方法.从方程的观点看等比数列的通项公式an=a1qn-1(a1≠0,q≠0)中包含了四个量,已知其中的三个量,可以求得另一个量.求解时,要注意应用q≠0验证求得的结果.
[触类旁通]
1.(1)(2025·北京二中高二期末)已知数列{bn}是首项为2的等比数列,且公比大于0,b3-b2=12,则{bn}的通项公式为( )
A.bn=2n
B.bn=2×3n
C.bn=2×3n-1
D.bn=2×6n-1
(2)已知{an}是以q为公比的等比数列,a3-a1=3,a6-a4=81,则q=( )
A.2
B.3
C.4
D.5
解析 (1)设 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(bn))的公比为q.由b3-b2=12,得2q2-2q=12,解得q=3或q=-2.又公比大于0,所以q=3,所以bn=2×3n-1.故选C.
(2)因为a3-a1=3,a6-a4=81,所以a6-a4=a3·q3-a1·q3=q3(a3-a1)=3q3=81,解得q=3.故选B.
答案 (1)C (2)B
题型二 等比数列的判定与证明 eq \a\vs4\al(一题多变)
已知数列{an}的前n项和为Sn,Sn= eq \f(1,3)(an-1)(n∈N+).
(1)求a1,a2;
(2)求证:数列{an}是等比数列.
(1)[解析] 由S1= eq \f(1,3)(a1-1),得a1= eq \f(1,3)(a1-1),
所以a1=- eq \f(1,2),又S2= eq \f(1,3)(a2-1),
即a1+a2= eq \f(1,3)(a2-1),得a2= eq \f(1,4).
(2)[证明] 当n≥2时,
an=Sn-Sn-1= eq \f(1,3)(an-1)- eq \f(1,3)(an-1-1),
得 eq \f(an,an-1)=- eq \f(1,2),又a1=- eq \f(1,2)≠0,
所以{an}是首项为- eq \f(1,2),公比为- eq \f(1,2)的等比数列.
[母题变式]
1.(变条件、变结论)将本例条件“Sn= eq \f(1,3)(an-1)(n∈N+)”改为“a1=1,a eq \o\al(2,n+1)=2a eq \o\al(2,n)+anan+1”,试证明数列{an}是等比数列,并求{an}的通项公式.
解析 由已知得a eq \o\al(2,n+1)-anan+1-2a eq \o\al(2,n)=0,
所以(an+1-2an)(an+1+an)=0.
所以an+1-2an=0或an+1+an=0,
(1)当an+1-2an=0时, eq \f(an+1,an)=2.又a1=1,
所以数列{an}是首项为1,公比为2的等比数列.
所以an=2n-1.
(2)当an+1+an=0时, eq \f(an+1,an)=-1,又a1=1,
所以数列{an}是首项为1,公比为-1的等比数列,
所以an=1×(-1)n-1=(-1)n-1.
综上,an=2n-1或an=(-1)n-1.
2.(变条件、变结论)将本例的条件改为“a1= eq \f(7,8),且an+1= eq \f(1,2)an+ eq \f(1,3)”,求证:数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an-\f(2,3)))是等比数列.
证明 因为an+1= eq \f(1,2)an+ eq \f(1,3),
所以an+1- eq \f(2,3)= eq \f(1,2)an+ eq \f(1,3)- eq \f(2,3)= eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an-\f(2,3))),
所以 eq \f(an+1-\f(2,3),an-\f(2,3))= eq \f(1,2),
又a1- eq \f(2,3)= eq \f(7,8)- eq \f(2,3)= eq \f(5,24),所以 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an-\f(2,3)))是首项为 eq \f(5,24),公比为 eq \f(1,2)的等比数列.
[素养聚焦] 本题主要考查等比数列的判定,突出考查逻辑推理和数学运算等核心素养.
判断一个数列是否是等比数列的常用方法
(1)定义法:若数列{an}满足 eq \f(an+1,an)=q(q为常数且不为零)或 eq \f(an,an-1)=q(n≥2,q为常数且不为零),则数列{an}是等比数列.
(2)通项公式法:若数列{an}的通项公式为an=a1qn-1(a1≠0,q≠0),则数列{an}是等比数列.
[提醒] 不管用哪种方法判定等比数列都要先强调某一项不等于零.
[触类旁通]
2.(1)(多选题)(2025·浙江培优联盟高二联考)设数列{an}是各项均为正数的等比数列,则( )
A.a3,a5,a7是等比数列
B.{a eq \o\al(3,n)}是等比数列
C.{lg an}是等比数列
D. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))是等比数列
(2)设数列{an}的前n项和为Sn,且nSn+(n+2)an=4n,求证:数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,n)))是等比数列.
解析 (1)设等比数列{an}的公比为q(q≠0).
对于A, eq \f(a5,a3)= eq \f(a1q4,a1q2)=q2, eq \f(a7,a5)= eq \f(a1q6,a1q4)=q2,所以 eq \f(a5,a3)= eq \f(a7,a5),则a3,a5,a7成等比数列,A正确;
对于B,因为eq \o\al(3,n+1) eq \f(a,a eq \o\al(3,n))
=q3,所以eq \o\al(3,n) eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a))
是等比数列,B正确;
对于C,不妨设等比数列{an}的通项公式为an=1,则lg an=0,此时{lg an}不是等比数列,C错误;
对于D,因为 eq \f(\f(1,an+1),\f(1,an))= eq \f(an,an+1)= eq \f(1,q),所以 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,an)))是等比数列,D正确.故选ABD.
(2)证明 因为nSn+(n+2)an=4n,
即Sn+ eq \f((n+2)an,n)=4,
当n≥2时,Sn-1+ eq \f((n+1)an-1,n-1)=4,
两式相减得an+ eq \f((n+2)an,n)- eq \f((n+1)an-1,n-1)=0,
整理得 eq \f(an,n)= eq \f(1,2)· eq \f(an-1,n-1),
所以数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,n)))是等比数列.
答案 (1)ABD (2)略
[缜密思维提能区] 易错案例
忽视等比数列中奇、偶项的符号特点致误
[典例] 在等比数列{an}中,a5,a9是方程7x2-18x+7=0的两个根,则a7=____________.
[错解] 因为a5,a9是方程7x2-18x+7=0的两个根,所以a5·a9=1.又{an}是等比数列,所以a5,a7,a9也成等比数列.
eq \f(a7,a5)= eq \f(a9,a7),即a eq \o\al(2,7)=a5·a9=1,所以a7=±1.
[正解] 因为a5,a9是方程7x2-18x+7=0的两个根,
所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a5+a9=\f(18,7),,a5·a9=1,))所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a5>0,,a9>0,))所以a7>0.
依题意a5,a7,a9也成等比数列.
故a eq \o\al(2,7)=a5·a9=1,所以a7=1.
[答案] 1
[纠错心得] 解等比数列的问题时,一定要特别注意符号,所有奇数项(或偶数项)的符号是相同的.
知识落实
技法强化
(1)等比数列及有关的概念.
(2)等比数列的通项公式及判定.
等比数列的证明方法
(1)定义法: eq \f(an+1,an)=q(与n无关的常数).
(2)通项公式法:an=a1qn-1(a≠0,q≠0)
$