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子数列问题
高中数学 二轮复习
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子数列问题(包括数列中的奇数项、偶数项、公共项以及分段数列)与数列的增减项问题是近几年高考的重点和热点,一般方法是构造新数列,利用新数列的特征(等差、等比或其他特征)求解原数列.
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内容索引
第一部分
热点分类 考向探究
培优专训 难点突破
第二部分
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热点分类 考向探究
第
分
部
一
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考向
1
奇偶项问题
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1.数列中的奇数项、偶数项问题的常见题型
(1)数列中连续两项和或积的问题(an+an+1=f (n)或an·an+1=f (n)).
(2)含有(-1)n的类型.
(3)含有{a2n},{a2n-1}的类型.
2.对于通项公式分奇、偶不同的数列{an}求Sn时,我们可以分别求出奇数项的和与偶数项的和,也可以把a2k-1+a2k看作一项,求出S2k,再求S2k-1=S2k-a2k.
反思感悟
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考向
2
公共项问题
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寻找一个等差数列与一个等比数列公共项的方法
1.列举法:列举出两个数列的前几项,观察是否存在相同的项.
2.方程法:列出两个数列两个项相等的方程,利用数论中的整除知识,求出符合条件的项.
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考向
3
增项、减项问题
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解决此类问题的关键是理解题意,要弄清楚增加了(减少了)多少项,增加(减少)的项有什么特征,在求新数列的和时,一般采用分组求和法,即把原数列部分和增加(减少)部分分别求和,再相加(相减)即可.
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培优专训 难点突破
第
分
部
二
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例1 (2025·重庆沙坪坝区二模)已知数列{an}为公差不为零的等差数列,bn=记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的前n项和,S3=T3,a3a5=S5.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:(1)设数列{an}的公差为d(d≠0),由
得
即解得所以an=a1+(n-1)d=n.
(2)求数列{bn}的前n项和Tn.
解:(2)由bn=可知,
当n为偶数时,Tn=(b1+b3+…+bn-1)+(b2+b4+…+bn)=(a1+a3+…+an-1)+2(b1+b3+…+bn-1)=3(a1+a3+…+an-1)==.
当n为奇数时,Tn=Tn+1-bn+1=(n+1)2-2bn=(n+1)2-2n=.
综上所述,Tn=
跟踪训练 已知在正项数列{an}中,a3=4,a2a5=32,且ln an,ln an+1,ln an+2成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:(1)∵ln an,ln an+1,ln an+2成等差数列,
∴2ln an+1=ln an+ln an+2,即a=anan+2,而an≠0,
∴数列{an}为等比数列.
设数列{an}的公比为q,
则解得∴an=2n-1.
(2)若数列{bn}满足bn=an+(-1)nlog2an+1,求数列{bn}的前n项和Tn.
解:(2)bn=2n-1+(-1)nlog22n=2n-1+(-1)nn,
当n为偶数时,Tn=(1+2+22+…+2n-1)+[-1+2-3+4-…-(n-1)+n]=+=2n+.
当n为奇数时,Tn=Tn+1-bn+1=2n+1+-2n-(-1)n+1(n+1)=2n-.
综上所述,Tn=
例2 (2025·黑龙江大庆二模)已知数列{an}的前n项和Sn满足3n2-29n-2Sn=0.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:(1)因为3n2-29n-2Sn=0,所以Sn=n2-n.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-n-(n-1)2+(n-1)=3n-16,
当n=1时,a1=-=-13也符合上式,故数列{an}的通项公式为an=3n-16.
(2)已知数列{bn}的通项公式为bn=2n,若由数列{an}与{bn}的公共项按从小到大排列得到数列{cn},求数列{cn}的前n项和Tn.
解:(2)设bm=an,即2m=3n-16,m,n∈N*.
由bm=2m,所以bm+1=2m+1=2·2m=2(3n-16)=6n-32=3-16,
由2n-∉N*,可知bm+1不是数列{an}中的项,即bm+1不是两个数列的公共项.
bm+2=2m+2=22·2m=4(3n-16)=12n-64=3(4n-16)-16,
由4n-16∈N*,可知bm+2是数列{an}中的项,即bm+2是两个数列的公共项,
因此,若ck=bm=an,则ck+1=bm+2=a4n-16,所以===4,且c1=2,
所以两数列的公共项所构成的新数列{cn}是以2为首项,4为公比的等比数列,
所以数列{cn}的前n项和Tn==.
跟踪训练 (2025·湖北黄冈二模)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且S4=S5=-20.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,因为S4=S5=-20,
所以a5=S5-S4=0.
因为S5=5a3=-20,所以a3=-4,所以d==2,
所以an=a5+(n-5)d=2n-10.
(2)已知数列{bn}是以4为首项,4为公比的等比数列,若数列{an}与{bn}的公共项为am,记m由小到大构成数列{cn},求{cn}的前n项和Tn.
解:(2)由题意知bn=4×4n-1=4n,因为am=2m-10,所以2m-10=4n,即m=.因此cn==+5.
所以Tn=+5++5++5+…++5=×+5n=×4n+5n-=+5n.
例3 已知等差数列{an}的前n项和为Sn,数列{bn}是等比数列,满足a1=b2=2,S5=30,b4+2是b3与b5的等差中项.
(1)求数列{an},{bn}的通项公式;
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q.
∵a1=2,∴S5=10+d=30,∴d=2,∴an=2+2(n-1)=2n.
∵b4+2是b3与b5的等差中项,∴2(b4+2)=b3+b5.
又b2=2,∴2(2q2+2)=2q+2q3,解得q=2,∴bn=2n-1.
(2)从数列{an}中去掉数列{bn}的项后余下的项按原来的顺序组成数列{cn},设数列{cn}的前n项和为Tn,求T60.
解:(2)∵a60=120,∴数列{an}前60项中与数列{bn}的公共项共有6项,且最大公共项为b7=26=64.又a66=132,b8=27=128,∴T60=S67-(2+22+…+27)=134+×2-=4 556-254=4 302.
跟踪训练 已知各项均为正数的数列{an}中,a1=1且满足a-2an+1=a+2an,数列{bn}的前n项和为Sn,满足2Sn+1=3bn.
(1)求数列{an},{bn}的通项公式;
解:(1)由题设得(an+1-an)(an+1+an)=2(an+1+an),
∵an+1+an>0,∴an+1-an=2,故{an}是首项为a1=1,公差为2的等差数列,
∴an=2n-1.
当n=1时,2S1+1=3b1,解得b1=1,
当n≥2,2Sn+1=3bn①,2Sn-1+1=3bn-1②,
①-②整理得bn=3bn-1,b1=1≠0,∴bn-1≠0,故=3,
∴数列{bn}是首项为1,公比为3的等比数列,故bn=3n-1.
(2)若在bk与bk+1之间依次插入数列{an}中的k项构成新数列:b1,a1,b2,a2,a3,b3,a4,a5,a6,b4,…,求这个新数列中前40项的和T40.
解:(2)记这个新数列为数列{cn},bk+1(含bk+1)前面共有(1+2+3+…+k)+(k+1)=项.
由≤40(k∈N*),得k≤7,
∴新数列{cn}中含有数列{bn}的前8项:b1,b2,…,b8,含有数列{an}的前32项:a1,a2,a3,…,a32,
∴T40=+=4 304.
1.(2021·新高考Ⅰ卷)已知数列{an}满足a1=1,an+1=
(1)记bn=a2n,写出b1,b2,并求数列{bn}的通项公式;
解:(1)因为a1=1,an+1=
所以a2=a1+1=2,a3=a2+2=4,a4=a3+1=5.
又bn=a2n,所以b1=a2=2,b2=a4=5,
当n=2k-1,k∈N*时,a2k=a2k-1+1,当n=2k,k∈N*时,a2k+1=a2k+2,
当k>1时,a2(k-1)+1=a2(k-1)+2,即a2k-1=a2(k-1)+2,
则a2k=a2k-1+1=a2(k-1)+3,所以bn=a2n=a2(n-1)+3=bn-1+3,
所以数列{bn}是以b1=2为首项,3为公差的等差数列,故bn=2+3(n-1)=3n-1.
(2)求{an}的前20项和.
解:(2)由(1)可得a2n=3n-1,a2n+1=a2n+2=3n+1,
则a2n-1=3n-2,
所以a2n-1+a2n=6n-3,
记{an}的前20项和为S20,
则S20=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a19+a20)=3+9+…+57==300.
2.已知公差不为0的等差数列{an}中,a1=1,a4是a2和a8的等比中项.
(1)求数列{an}的通项公式;
解:(1)设数列{an}的公差为d,
因为a4是a2和a8的等比中项,所以a=a2·a8,即(a1+3d)2=(a1+d)(a1+7d).
因为a1=1,所以d=1或d=0(舍去),
所以an=a1+(n-1)d=1+(n-1)×1=n.
(2)保持数列{an}中各项先后顺序不变,在ak与ak+1(k=1,2,…)之间插入2k,使它们和原数列的项构成一个新的数列{bn},记{bn}的前n项和为Tn,求T20的值.
解:(2)由(1)得an=n,因为在ak与ak+1(k=1,2,…)之间插入2k,
所以数列{bn}的前20项有10项来自{an},10项来自{2n},
所以T20=1+21+2+22+…+10+210=+=2 101.
3.已知数列{an}是首项为8,公差为4的等差数列,数列{bn}满足对任意的n∈N*,都有a1b1+a2b2+…+anbn=n×2n+3.
(1)求数列{an},{bn}的通项公式;
解:(1)依题意an=8+4(n-1)=4n+4.
因为a1b1+a2b2+…+anbn=n×2n+3,即8b1+12b2+…+(4n+4)bn=n×2n+3①,
所以8b1+12b2+…+4nbn-1=(n-1)×2n+2②,
①-②,得(4n+4)bn=n×2n+3-(n-1)×2n+2=(n+1)×2n+2,所以bn=2n,故an=4n+4,bn=2n.
(2)将数列{an},{bn}中的公共项按照从小到大重新排列构成新数列{cn},求数列{cn}的通项公式以及数列{ancn}的前n项和.
解:(2)由(1)可知{cn}的首项为8,公比为2,故cn=8×2n-1=2n+2,所以ancn=(4n+4)×2n+2,设{ancn}的前n项和为Sn,则Sn=a1c1+a2c2+…+ancn=8×23+12×24+…+(4n+4)×2n+2①,
2Sn=8×24+12×25+…+(4n+4)×2n+3②,
①-②,得-Sn=8×23+4×(24+25+…+2n+2)-(4n+4)×2n+3=8×23+4×-(4n+4)×2n+3=26×2n-1-(4n+4)×2n+3,
所以Sn=(4n+4)×2n+3-26×2n-1=n×2n+5.
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