内容正文:
第一章 数列
§4 数列在日常经济生活中的应用
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第一章 数列
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第一章 数列
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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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第一章 数列
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课前案·自主学习
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导学 单利与复利
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P(1+nr)
P(1+r)n
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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.了解数列在“零存整取”“定期自动转存”“分期付款”等经济活动中的应用.
2.能在具体的问题情境中,发现并建立等差数列或等比数列这两种数学模型,解决一些实际问题.
1.通过学习银行存款中的单利和复利的计息方式,培养数学抽象、数学运算等核心素养.
2.利用等差、等比数列的相关知识解决经济生产中的问题,提升数学建模等核心素养.
小王2020年5月16日存入银行1 000元,年利率为1.75%.
(1)计算到2021年5月16日得到的本利和;
(2)办理一年定期储蓄,以后按约定自动转存,计算到2025年5月16日得到的本利和.
[提示] (1)1 000×(1+1.75%)=1 017.5(元).
(2)1 000×(1+1.75%)5≈1 090.62(元).
◎结论形成
单利、复利
单
利
单利的计算是仅在原有本金上计算利息,对本金所产生的利息不再计算利息.其公式为利息=本金×利率×存期.
以符号P代表本金,n代表存期,r代表利率,S代表本金与利息和(以下简称本利和),则有S=_____________.
复
利
复利是指一笔资金除本金产生利息外,在下一个计息周期内,以前各计息周期内产生的利息也计算利息的计息方法. 复利的计算公式是S=____________.
[拓展]
(1)单利和复利分别以等差数列和等比数列为数学模型.
(2)零存整取、活期储蓄、定期储蓄等都是计单利的储蓄模型.
(3)定期自动转存是计复利的储蓄类型.
(4)复利计算是把上期末的本利和作为下一期的本金,在计算时每一期本金的数额是不同的.
1.某单位某年12月份产量是同年1月份产量的m倍,那么该单位此年产量的月平均增长率是( )
A. eq \f(m,11)
B. eq \f(m,12)
C. eq \r(11,m)-1
D. eq \r(12,m)-1
解析 设1月份产量为a,则12月份产量为ma,设平均增长率为x,则a(1+x)11=ma,所以x= eq \r(11,m)-1.
答案 C
2.小李年初向银行贷款m万元用于购房,购房贷款的年利率为p,按复利计算,并从借款后次年年初开始还款,分10次等额本息还清,每年1次,问每年应还___________万元.( )
A. eq \f(m,10)
B. eq \f(mp(1+p)10,(1+p)10-1)
C. eq \f(m(1+p)10,10)
D. eq \f(mp(1+p)9,(1+p)9-1)
解析 设每年应还x万元,则x+x(1+p)+x(1+p)2+…+x(1+p)9=m(1+p)10, eq \f(x[1-(1+p)10],1-(1+p))=m(1+p)10,x= eq \f(mp(1+p)10,(1+p)10-1).故选B.
答案 B
3.现存入银行10 000元,年利率是3.60%,那么按照复利,第5年末的本利和是( )
A.10 000×1.0363
B.10 000×1.0364
C.10 000×1.0365
D.10 000×1.0366
解析 由复利公式得
S=10 000×(1+3.60%)5=10 000×1.0365.
答案 C
4.阿明存入5万元定期存款,存期1年,年利率为2.25%,到期后自动转存,那么10年后共得本利和为___________万元.(精确到0.001)
解析 10年后的本利和S=5×(1+0.022 5)10≈6.246(万元).
答案 6.246
题型一 等差数列模型的应用
[教材例1迁移]某单位用分期付款的方式为职工购买40套住房,共需1 150万元,购买当天先付150万元,以后每月这一天都交付50万元,并加付欠款利息,月利率为1%.若交付150万元后的第一个月是开始算分期付款的第一个月,问分期付款的第10个月应付多少钱?全部按期付清后,买这40套住房实际花了多少钱?
[解析] 因购房时先付150万元,
则欠款1 000万元,依题意分20次付款,
则每次付款的数额顺次构成数列{an}.
则a1=50+1 000×1%=60,
a2=50+(1 000-50)×1%=59.5,
a3=50+(1 000-50×2)×1%=59,
a4=50+(1 000-50×3)×1%=58.5,……,
所以an=50+[1 000-50(n-1)]×1%
=60- eq \f(1,2)(n-1)(1≤n≤20,n∈N+).
所以{an}是以60为首项,- eq \f(1,2)为公差的等差数列.
所以a10=60-9× eq \f(1,2)=55.5,
所以第10个月应付55.5万元,
a20=60-19× eq \f(1,2)=50.5.
所以S20= eq \f(1,2)×(a1+a20)×20=10×(60+50.5)=1 105.
所以实际共付1 105+150=1 255(万元).
1.利用等差数列模型解答问题,首先要判断和证明数列是等差数列;如果增加(或减少)的量是一个固定量时,该模型是等差数列模型;
2.一定要弄清数列的首项、公差和项数等,要分清是数列的通项问题还是数列的求和问题.
[触类旁通]
1.某人从1月起每月第一天存入100元,到12月最后一天取出全部本金和利息,已知月利率是0.165%,按单利计息,那么实际取出多少钱?
解析 实际取出的钱等于本金+利息.
第1个月存款利息:100×12×0.165%,
第2个月存款利息:100×11×0.165%,
……
第11个月存款利息:100×2×0.165%,
第12个月存款利息:100×1×0.165%,
所以S12=100×12×0.165%+100×11×0.165%+…+100×2×0.165%+100×1×0.165%
=100×0.165%×(1+2+3+…+12)
=100×0.165%× eq \f(12×13,2)=12.87.
所以实际取出100×12+12.87=1 212.87(元).
题型二 等比数列模型的应用
[教材例3拓展]某商学院为推进后勤社会化改革,与桃园新区商定:由该区向建设银行贷款500万元在桃园新区为学院建一栋可容纳1 000人的学生公寓,工程于2024年初动工,年底竣工并交付使用,公寓管理处采用收费还贷偿还建行贷款(年利率5%,按复利计算),公寓所收费用除去物业管理费和水电费18万元,其余部分全部在年底还建行贷款.
(1)若公寓收费标准定为每生每年800元,求到哪一年可偿还建行全部贷款;
(2)若公寓管理处要在2032年底把贷款全部还清,则每生每年的最低收费标准是多少元?(精确到元,参考数据:lg 1.734 3≈0.239 1,lg 1.05≈0.021 2,1.058≈1.477 5)
[解析] 依题意,公寓2024年底建成,2025年开始使用.
(1)设公寓投入使用后n年可偿还全部贷款,则公寓每年收费总额为1 000×800=800 000=80万元,扣除18万元,可偿还贷款62万元.
依题意有62×[1+(1+5%)+(1+5%)2+…+(1+5%)n-1]≥500(1+5%)n+1.
化简得62×(1.05n-1)≥25×1.05n+1.
所以1.05n≥1.734 3.
两边取对数整理得n≥ eq \f(lg 1.734 3,lg 1.05)≈ eq \f(0.239 1,0.021 2)≈11.28.
所以取n=12.
所以到2036年底可全部还清贷款.
(2)设每生每年的最低收费标准为x元,因到2032年底公寓共使用了8年.
依题意有 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1 000x,10 000)-18))[1+(1+5%)+(1+5%)2+…+(1+5%)7]≥500(1+5%)9.
化简得(0.1x-18)× eq \f(1.058-1,1.05-1)≥500×1.059.
所以x≥10 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(18+\f(25×1.059,1.058-1)))≈10 eq \b\lc\(\rc\ (\a\vs4\al\co1(18+))
eq \b\lc\ \rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(25×1.05×1.477 5,1.477 5-1)))≈10×(18+81.2)=992.
故每生每年的最低收费标准为992元.
定期自动转存是复利的储蓄类型,复利问题需转化为等比数列模型解决.
[触类旁通]
2.(2025·山东威海高二期末)经济学家凯恩斯在解释政府财政政策时指出,如果政府的支出增加,那么会产生“乘数”效应.如果政府增加某项支出a亿元,那么这笔费用会使部分居民收入增加.假设受惠居民将收入增加量的p%用于国内消费,那么国内消费的金额将会产生第2轮影响,其也会使部分居民收入增加,收入增加的居民又会将收入增加量的p%用于国内消费,因此又会产生新的一轮影响……假设每位受影响的居民消费理念都一样,那么经过30轮影响之后,最后的国内消费总额是(最初政府支出也算是国内消费)( )
A.a·(p%)29亿元
B.a·(p%)30亿元
C. eq \f(a[1-(p%)30],1-p%)亿元
D. eq \f(a[1-(p%)31],1-p%)亿元
解析 1轮影响后,国内消费总额为a+a·p%,2轮影响后,国内消费总额为a+a·p%+a·(p%)2,…,30轮影响后,国内消费总额为a+a·p%+a·(p%)2+…+a·(p%)30= eq \f(a[1-(p%)31],1-p%)(亿元).
答案 D
题型三 等差、等比数列模型的综合应用 eq \a\vs4\al(一题多变)
[教材例2拓展]某企业进行技术改造,有两种方案:甲方案,一次性贷款10万元,第一年便可获利1万元,以后每年比前一年增加30%的利润;乙方案,每年贷款1万元,第一年便可获利1万元,以后每年比前一年多获利5 000元.两种方案,使用期限都是十年,到期一次性归还本息,若银行贷款利息按年息10%的复利计算,比较两种方案,哪个获利更多?(参考数据:1.110≈2.594,1.310≈13.786)
[解析] 甲方案十年获利中,每年获利数构成等比数列,首项为1,公比为1+30%,前10项和为S10=1+(1+30%)+(1+30%)2+…+(1+30%)9,所以S10= eq \f(1.310-1,1.3-1)≈42.62(万元).又贷款本息总数为10(1+10%)10=10×1.110≈25.94(万元),
所以甲方案净获利42.62-25.94=16.68(万元).
乙方案获利构成等差数列,首项为1,公差为 eq \f(1,2),前10项和为T10=1+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(1,2)))+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+2×\f(1,2)))+…+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+9×\f(1,2)))= eq \f(10\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,2)+1)),2)=32.50(万元).
又贷款本息总数为1.1×[1+(1+10%)+…+(1+10%)9]=1.1× eq \f(1.110-1,1.1-1)≈17.53(万元),
所以乙方案净获利32.50-17.53=14.97(万元).
比较两方案可得甲方案获利较多.
[母题变式]
(变条件)在本例中,若该企业还有两种技术改造的方案:丙方案,一次性贷款40万元,第一年获利是贷款额的10%,以后每年比上一年增加25%的利润;丁方案,一次性贷款20万元,第一年获利是贷款额的15%,以后每年都比上一年增加利润1.5万元.两种方案使用期限都是10年,到期一次性还本付息.两种方案均按年息2%的复利计算,试比较两种方案,哪种方案净获利更多?(参考数据:1.259≈7.45,1.2510≈9.3,1.029≈1.20,1.0210≈1.22)
解析 方案丙:由题意知,每年的利润an成等比数列,
且a1=4,公比q=1+25%=1.25,n=10,
收入S丙= eq \f(4(1-1.2510),1-1.25)≈ eq \f(4(9.3-1),0.25)=132.8(万元).
净获利W丙=132.8-40(1+2%)10≈132.8-48.8=84(万元).
方案丁:由题意,每年的利润记为数列{bn},它是等差数列,且b1=3,公差为1.5,n=10,
收入S丁=10×3+ eq \f(1,2)×10×9×1.5=30+67.5
=97.5(万元).
净获利:W丁=97.5-20(1+2%)10≈97.5-24.4
=73.1(万元).
比较两方案可得丙方案净获利更多.
[素养聚焦] 本例通过数列在日常经济生活中的应用,提升数学建模和数学运算等核心素养.
应用数列知识解决实际问题的一般思路
(1)建模.根据题设条件,建立数列模型:
①分析实际问题的结构特征;
②找出所含元素的数量关系;
③确定为何种数列模型.
(2)解模.利用相关的数列知识加以解决:
①分清首项、公差(公比)、项数等;
②分清是求an还是求Sn;
③选用适当的方法求解.
(3)还原.把数学问题的解代回实际问题中,根据实际问题的约束条件合理修正,使其成为实际问题的解.
[触类旁通]
3.张先生2024年年底购买了一辆1.6 L排量的小轿车,为积极响应政府发展森林碳汇(指森林植物吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中)的号召,买车的同时出资1万元向中国绿色碳汇基金购买了2亩荒山用于植树造林.科学研究表明:轿车每行驶3 000 km就要排放1吨二氧化碳,林木每生长1 m3,平均可吸收1.8吨二氧化碳.
(1)张先生估计第一年(即2025年)会用车12 000 km,以后逐年会增加1 000 km,则该轿车使用10年共要排放二氧化碳多少吨?
(2)若种植的林木第一年(即2025年)生长了1 m3,以后每年以10%的生长速度递增,问林木至少生长多少年,吸收的二氧化碳的量超过轿车10年排出的二氧化碳的量?(参考数据:1.114≈3.797 5,1.115≈4.177 2,1.116≈4.595 0)
解析 (1)设第n年小轿车排出的二氧化碳的吨数为an(n∈N+),
则a1= eq \f(12 000,3 000)=4,a2= eq \f(13 000,3 000)= eq \f(13,3),a3= eq \f(14 000,3 000)= eq \f(14,3),…,
显然其构成首项为a1=4,公差为d=a2-a1= eq \f(1,3)的等差数列,所以S10=10×4+ eq \f(10×9,2)× eq \f(1,3)=55,
即该轿车使用10年共排放二氧化碳55吨.
(2)记第n年林木吸收二氧化碳的吨数为bn(n∈N+),
则b1=1×1.8,b2=1×(1+10%)×1.8,
b3=1×(1+10%)2×1.8,…,
其构成首项b1=1.8,公比q=1.1的等比数列,
记其前n项和为Tn,
由题意,有Tn= eq \f(1.8×(1-1.1n),1-1.1)=18×(1.1n-1)>55,解得n≥15.
所以林木至少生长15年,其吸收的二氧化碳的量超过轿车10年排出的二氧化碳的量.
数列模型在经济生活中的应用
[典例] (13分)假设你正在某公司打工,根据表现,公司给你提供两个加薪的方案:
方案一 每年年末加1 000元;
方案二 每半年结束时加300元.
请你选择.
(1)如果在该公司干10年,两种方案各加薪多少元?
(2)对于你而言,你会选择其中的哪一种?
[缜密思维提能区] 规范答题
[审题指导] eq \x(设数列)—— eq \x(分别求和)—— eq \x(比较)—— eq \x(结论)
[规范解答] 设方案一第n年年末加薪an,
因为每年年末加薪1 000元,
则an=1 000n;
设方案二第n个半年加薪bn,
因为每半年加薪300元,
则bn=300n①.(2分)
(1)在该公司干10年(20个半年).
方案一:共加薪S10=a1+a2+…+a10=55 000(元);(4分)
方案二:共加薪T20=b1+b2+…+b20=20×300+ eq \f(20×(20-1),2)×300=63 000(元).(6分)
(2)设在该公司干n年,两种方案共加薪分别为
Sn=a1+a2+…+an=1 000×n+ eq \f(n(n-1),2)×1 000
=500n2+500n,(8分)
T2n=b1+b2+…+b2n=2n×300+ eq \f(2n×(2n-1),2)×300=600n2+300n②.(10分)
令T2n≥Sn,即600n2+300n≥500n2+500n,
解得n≥2,
当n=2时等号成立③.
所以如果干3年以上(包括3年)应选择方案二;如果只干2年,随便选;如果只干1年,应选择方案一.(13分)
知识落实
技法强化
(1)银行存款,付款问题.
(2)等差(比)数列的实际应用.
(1)两种数列模型.
(2)对数列模型是等差数列还是等比数列要准确作出判断和证明,正确区分所求的是项还是和.
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