内容正文:
第一章 数列
教考衔接2 数列开放型问题
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第一章 数列
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一、真题展示
(2021·全国甲卷)已知数列{an}的各项均为正数,记Sn为{an}的前n项和,从下面①②③中选取两个作为条件,证明另外一个成立.
①数列{an}是等差数列;②数列{ eq \r(Sn)}是等差数列;③a2=3a1.
注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分.
二、真题溯源
[教材P46B组第6题]
若等差数列{an}和等比数列{bn}满足a1=-1,b1=2,a3+b2=-1,试写出一组满足条件的数列{an}和{bn}的通项公式.
三、类法探究
《中国高考评价体系》指出,命题结论开放、解题方法多样、答案不唯一的试题,增强试题的开放性和探究性,引导学生打破常规,进行独立思考和判断,提出解决问题的方案,体现了新高考试题的“应用性”,开放性和探究性问题在近几年的高考中多次考查.
eq \x(类型一 结论开放性)
(1)写出一个公差为2且“前3项之和小于第3项”的等差数列an=_____________;
(2)已知数列{an}满足an+1>an,且其前n项和Sn满足Sn+1<Sn,请写出一个符合上述条件的数列的通项公式an=____________.
[解析] (1)要满足“前3项之和小于第3项”,则a1+a2+a3<a3,即a1+a2<0.
又d=2,
则不妨设a1=-4,a2=-2,
则an=-4+(n-1)×2=2n-6.
(2)设数列{an}的前n项和为Sn,且∀n∈N+,an+1>an,说明数列是递增数列;
Sn+1<Sn,说明数列项为负数;
故数列的通项公式可以为an=(-1)· eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)或an=- eq \f(1,n)(答案不唯一)
[答案] (1)2n-6(答案不唯一)
(2)(-1)· eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)或- eq \f(1,n)(答案不唯一)
该类题目结论不唯一,题目难度较小,主要考查数列的基本概念和性质.
eq \x(类型二 条件开放性)
在等比数列{an}中,公比q>0,其前n项和为Sn,且S2=6,______.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=logan2,且数列{cn}满足c1=1,cn+1-cn=bn+1bn,求数列{cn}的通项公式.
从①S4=30,②S6-S4=96,③a3是S3与2的等差中项,这三个条件中任选一个,补充到上面问题中的横线上,并作答.
[解析] (1)若选①S4=30.
由S2=6及S4=30,得a1+a2=6,
a1+a2+a3+a4=30,
两式相减,得a3+a4=24,
即q2(a1+a2)=24,
所以q2=4,由q>0,得q=2,
代入a1+a2=6,得a1+2a1=6,
解得a1=2,
所以数列{an}的通项公式为an=2n.
若选②S6-S4=96.
因为S6-S4=a5+a6=96,a1+a2=6,
所以a1q4+a1q5=96,a1+a1q=6,
两式相除,得q4=16,
结合q>0,得q=2,
所以a1+2a1=6,解得a1=2,
所以数列{an}的通项公式为an=2n.
若选③a3是S3与2的等差中项.
由a3是S3与2的等差中项,得2a3=S3+2,
则2a3=a1+a2+a3+2,
由a1+a2=6,得a3=8,
由通项公式,得a1+a1q=6,a1q2=8,
消去a1,得3q2-4q-4=0,
结合q>0,解得q=2,
代入a1+a1q=6,得a1=2,
所以数列{an}的通项公式为an=2n.
(2)由(1),得bn=logan2= eq \f(1,log2an)= eq \f(1,log22n)= eq \f(1,n).
cn+1-cn=bnbn+1= eq \f(1,n(n+1))= eq \f(1,n)- eq \f(1,n+1),
所以当n≥2时,cn=c1+(c2-c1)+(c3-c2)+(c4-c3)+…+(cn-cn-1)
=1+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,1)-\f(1,2)))+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)-\f(1,3)))+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)-\f(1,4)))+…+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,n-1)-\f(1,n)))=2- eq \f(1,n).
又c1=1也适合上式,
故数列{cn}的通项公式是cn=2- eq \f(1,n).
在题目中,从多种条件中选择其中之一进行计算,一般每个选择难易相差较小.
eq \x(类型三 方案选择性)
已知数列{an}的前n项和为Sn,数列{bn}的前n项和为Tn,从下面①②③中选择两个作为条件,证明另外一个成立.①an=n-Sn,②bn=an-1,③Tn= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)-1.
[解析] 选①②作为条件证明③,
因为an=n-Sn,所以当n=1时,a1= eq \f(1,2).
当n≥2时,an-1=n-1-Sn-1,
两式相减得an-an-1=1-an,
所以2an=an-1+1,
所以2(an-1)=an-1-1.
因为bn=an-1,所以2bn=bn-1,即 eq \f(bn,bn-1)= eq \f(1,2),
所以数列{bn}是首项为- eq \f(1,2),公比为 eq \f(1,2)的等比数列.
所以bn=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n),
所以Tn= eq \f(-\f(1,2)\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n))),1-\f(1,2))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)-1.
选①③作为条件证明②,
因为an=n-Sn,所以当n=1时, a1= eq \f(1,2).
当n≥2时,an-1=n-1-Sn-1,
两式相减得an-an-1=1-an,
所以2an=an-1+1,
所以2(an-1)=an-1-1,所以 eq \f(an-1,an-1-1)= eq \f(1,2),
所以数列{an-1}是首项为- eq \f(1,2),公比为 eq \f(1,2)的等比数列.
所以an-1=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n),所以an=1- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n).
因为Tn= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)-1,
所以当n=1时,b1=T1=- eq \f(1,2);
当n≥2时,bn=Tn-Tn-1= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n).
因为当n=1时也满足上式,所以bn=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n),
故bn=an-1.
选②③作为条件证明①,
因为Tn= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)-1,
所以当n=1时,b1=T1=- eq \f(1,2);
当n≥2时,bn=Tn-Tn-1= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n)- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n).
因为当n=1时也满足上式,所以bn=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n).
因为bn=an-1,所以an=1- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n),
所以Sn=n- eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(1)+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(2)+…+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n)))=
n- eq \f(\f(1,2)\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n))),1-\f(1,2))=n- eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(n)))=n-an,
故an=n-Sn.
给出多个条件,根据试题的要求构建一个命题,属于“结构不良”试题,考查学生对数学本质的理解,克服刷题现象,这也是以后命题的一个方向.
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