内容正文:
第2讲 数列的通项公式
[考情分析] 求数列的通项公式是高考的重点内容,对于等差、等比数列的通项公式可直接利用公式求解,但也有些数列以递推关系给出,需要通过构造转化为等差或等比数列再求解,体现了化归与转化思想在数列中的应用.题型既有选择、填空题,也有解答题,难度中等.
技法一 累加、累乘法
(1)已知数列{an}满足a1=1,an-an+1=nanan+1(n∈N*),则an=________.
(2)已知数列{an}满足a1=1,(n-1)an=n·2nan-1(n∈N*,n≥2),则数列{an}的通项公式为________________.
【解析】 (1)由题可知an≠0,
因为an-an+1=nanan+1,
所以=-=n,
则=(-)+(-)+…+(-)+=(n-1)+(n-2)+…+3+2+1+1=+1=(n≥2),所以an=(n≥2),
又a1=1也满足上式,
所以an=.
(2)当n≥2时,有(n-1)an=n·2nan-1,故=·2n,则有=·2n-1,=·2n-2,…,=×22.上述n-1个式子累乘,得=(·2n)·(·2n-1)·(·2n-2)·…·(×22)=n·2n+(n-1)+(n-2)+…+2=n·2.
因为a1=1,所以an=n·2(n≥2),而当n=1时,a1=1×20=1,也满足上式,故数列{an}的通项公式为an=n·2.
【答案】 (1) (2)an=n·2
【解题技法】 (1)an-an-1=f(n)型,可用“累加法”求an,即an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a3-a2)+(a2-a1)+a1(n≥2).
(2)=f(n)型,可用“累乘法”求an,即an=··…···a1(n≥2).
注意 验证a1是否满足求得的an(n≥2).
1.已知数列{an}满足a1=1,an-an+1=2nanan+1,则an=( )
A. B.
C. D.
解析:选D.由题可知an≠0,对an-an+1=2nanan+1两边同时除以anan+1得-=2n,则-=2n-1,-=2n-2,…,-=2,将上面(n-1)个式子相加可得-=2+…+2n-2+2n-1==2n-2(n≥2),所以=2n-2+1=2n-1(n≥2),当n=1时,a1=1也符合该式,所以an=.
2.已知数列{an}满足a1=1,a2=,=,则a8=________.
解析:由题意知,=, 即=4·.
又=≠0,所以数列是首项为,公比为4的等比数列.
所以=×4n-1=2-5×22n-2=22n-7,
当n≥2时,an=××…××a1=22n-9×22n-11×…×2-5×1=2=2n2-8n+7,
所以a8=27=128.
答案:128
技法二 构造辅助数列
类型1 形如an+1=pan+f(n)型
(1)(2025·江西联考改编)已知数列{an}的前n项和为Sn,且2Sn+an=2n.则an= ________.
(2)(2025·广州模拟)已知数列{an}满足a1=2,an+1=3an+2n-1,n∈N*,则数列{an}的通项公式为________.
【解析】 (1)因为2Sn+an=2n,①所以当n=1时,2S1+a1=2,即2a1+a1=2,所以a1=.
当n≥2时,2Sn-1+an-1=2(n-1),②
①-②,得2an+an-an-1=2,
即an=an-1+,
所以an-1=(an-1-1)(n≥2),
又a1-1=-≠0,
所以{an-1}是以-为首项,为公比的等比数列.
则an-1=(-)×()n-1=-,
所以an=1-.
(2)方法一:两边先同时除以2n-1,变为=·+1,即+2=(+2),而a1=2,+2=6,于是数列是首项为6,公比为的等比数列,因此+2=6×()n-1,即an=3n-2n-1,所以数列{an}的通项公式为an=3n-2n-1,n∈N*.
方法二:由a1=2,an+1=3an+2n-1,n∈N*,可得an+1+2n=3(an+2n-1),又a1+21-1=3,所以{an+2n-1}是以3为首项,3为公比的等比数列,所以an+2n-1=3n,则an=3n-2n-1,n∈N*.
【答案】 (1)1- (2)an=3n-2n-1,n∈N*
【解题技法】 (1)若数列{an}满足an+1=pan+q(p≠0,1,q≠0),构造an+1+λ=p(an+λ).
(2)若数列{an}满足an+1=pan+f(n)(p≠0,1),构造an+1+g(n+1)=p[an+g(n)].
类型2 形如an+1=pan+qan-1(a1=a,a2=b)型
已知在数列{an}中,a1=5,a2=2,an=2an-1+3an-2(n≥3),则这个数列的通项公式为an=____________________.
【解析】 因为an=2an-1+3an-2,
所以an+an-1=3(an-1+an-2).
又a1+a2=7,所以当n≥2时,{an+an-1}是首项为7,公比为3的等比数列,则an+an-1=7×3n-2(n≥2).①
又an-3an-1=-(an-1-3an-2),a2-3a1=-13,
所以当n≥2时,{an-3an-1}是首项为-13,公比为-1的等比数列,则an-3an-1=-13×(-1)n-2(n≥2).②
①×3+②得4an=7×3n-1+13×(-1)n-1,
所以an=×3n-1+×(-1)n-1(n≥2).
因为a1=×31-1+×(-1)1-1=5,满足上式,
所以an=×3n-1+×(-1)n-1.
【答案】 ×3n-1+×(-1)n-1
【解题技法】 an+1=pan+qan-1(a1=a,a2=b)可以化为an+1-x1an=x2(an-x1an-1),其中x1,x2是方程x2-px-q=0的两个根,若1是方程的根,则直接构造数列{an-an-1},若1不是方程的根,则需要构造两个数列,采取消元的方法求通项公式an.
类型3 形如an+1=型
已知数列{an}满足a1=1,an+1=(n∈N*),则an=________.
【解析】 由a1=1,an+1=,得an≠0,==+1,则+1=2(+1),而+1=2,则数列是以2为首项,2为公比的等比数列,+1=2n,因此an=.
【答案】
【解题技法】 形如an+1=(an≠0)的数列,两边同时取倒数转化为=·+的形式,化归为bn+1=p′bn+q型,求出的表达式,再求an.
类型4 形如an+1=pa(p>0,an>0)型
已知数列{an}满足a1=1,a=10an(an>0),则an=________.
【解析】 对题中等式两边取以10为底的对数可得2lg an+1=lg an+1,即lg an+1-1=(lg an-1),又lg a1-1=-1,所以数列{lg an-1}是以-1为首项,为公比的等比数列,所以lg an-1=(-1)×()n-1=-()n-1,
即lg an=1-()n-1=1-21-n,即an=101-21-n.
【答案】 101-21-n
【解题技法】 若an+1=pa(p>0,an>0),则构造=q,最终求得通项公式.
1.在数列{an}中,若a1=1,an+1=,则an=________.
解析:由题知an≠0,对an+1=取倒数得=+2,即-=2,又=1,所以数列是首项为1,公差为2的等差数列,即=1+2(n-1)=2n-1,所以an=.
答案:
2.在数列{an}中,a1=3,且an+1=3an+4n-6(n∈N*),则{an}的通项公式为______________________________.
解析:因为an+1=3an+4n-6(n∈N*),设an+1+x(n+1)+y=3(an+xn+y),整理可得an+1=3an+2xn+2y-x,
所以
解得
所以an+1+2(n+1)-2=3(an+2n-2).
又a1+2×1-2=a1=3,所以数列{an+2n-2}是首项为3,公比为3的等比数列.
所以an+2n-2=3×3n-1=3n,
即an=3n-2(n-1).
答案:an=3n-2(n-1)
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