第4章 4.1 第2课时 数列的递推公式与an和Sn的关系-【金版新学案】2026-2027学年高中数学选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书Word(人教A版)
2026-09-09
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教辅
摘要:
本高中数学讲义聚焦数列的递推公式与aₙ和Sₙ的关系,先通过实例理解递推公式含义及与通项公式的区别联系,再学习由递推公式求前几项和周期数列,进而掌握aₙ与Sₙ的关系及累加法、累乘法求通项的方法。
资料以问题驱动(如智力测试数列规律探究)引导数学抽象,通过多角度例题(累加法、周期数列)和变式提升逻辑推理与数学运算能力,结合斐波那契数列拓展培养数学思维,课中辅助教师教学,课后助力学生查漏补缺。
内容正文:
第2课时 数列的递推公式与an和Sn的关系
学习目标
1.理解递推公式的含义,能根据递推公式求出数列的前几项,培养数学抽象、数学运算的核心素养.
2.了解用累加法、累乘法求通项公式,增强逻辑推理的核心素养.
3.理解数列{an}的前n项和Sn的意义,会用an与Sn的关系求通项公式,提升数学运算、逻辑推理的核心素养.
任务一 数列的递推公式
(阅读教材P6—7,完成探究问题1)
问题1.观察某次智力测试中的一道题:数列:1,3,6,10,15,…中数字出现的规律是:
a2-a1=3-1=2,
a3-a2=6-3=3,
a4-a3=10-6=4,
a5-a4=15-10=5,
……
(1)你能写出该数列的第8个数吗?
(2)你能用an+1与an的一个数学表达式描述该数列相邻两项之间的关系吗?
提示:(1)36 (2)an+1-an=n+1.
[微提醒] 数列递推公式与通项公式的关系
递推公式
通项公式
区别
表示an与它的前一项(或前几项)之间的关系
表示an与n之间的关系
联系
(1)都是表示数列的一种方法.
(2)由递推公式求出前几项可归纳猜想出通项公式
[微思考] 是否所有的数列都有递推公式?
提示:递推公式是表示数列的一种重要方法,与所有的数列不一定都有通项公式一样,并不是所有的数列都有递推公式.
角度1 由递推公式写出数列的项
(1)已知数列{an}满足下列条件,写出它的前5项.
①a1=0,an+1=an+(2n-1);
②a1=1,an+1=.
(2)a6=0,an+1=an+(2n-1),写出该数列的a5和a4.
解:(1)①因为a1=0,an+1=an+(2n-1),
所以a2=a1+(2×1-1)=0+1=1,
a3=a2+(2×2-1)=1+3=4,
a4=a3+(2×3-1)=4+5=9,
a5=a4+(2×4-1)=9+7=16.
所以它的前5项依次是0,1,4,9,16.
②因为a1=1,an+1=,
所以a2===,
a3===,
a4===,a5===.
所以它的前5项依次是1,.
(2)因为a6=0,an+1=an+(2n-1),
所以an=an+1-(2n-1),
所以a5=a6-(2×5-1)=-9,
a4=a5-(2×4-1)=-16.
递推公式反映的是相邻两项(或几项)之间的关系.要已知首项(或前几项),才可依次求得其他的项.若序号很大,则应考虑数列是否具有规律性(周期性).
角度2 递推公式与数列的周期性
在数列{an}中,a1=2,an+1=.
(1)写出数列{an}的前5项;
(2)求a2 026.
解:(1)因为a1=2,an+1=,
所以a2===-3,
a3===-,
a4===,a5===2,
所以它的前5项依次是2,-3,-,2.
(2)由(1)知an+4=an,
所以{an}为周期数列,且周期T=4.
所以a2 026=a4×506+2=a2=-3.
利用数列的周期性求数列中某一项的步骤
第一步:根据已知数列的递推公式,写出数列的前几项,直至出现重复的项;
第二步:确定该数列的周期;
第三步:利用周期性求出要求的项.
对点练1.数列{an}满足a1=3,a2=6,an+2=an+1-an.
(1)写出此数列的前8项;
(2)求a2 026.
解:(1)因为a1=3,a2=6,an+2=an+1-an,
所以a3=a2-a1=3,
a4=a3-a2=-3,
a5=a4-a3=-6,
a6=a5-a4=-3,
a7=a6-a5=3,
a8=a7-a6=6.
(2)由(1)知此数列的周期为6,
所以a2 026=a337×6+4=a4= -3.
任务二 数列的前n项和
(阅读教材P7,完成探究问题2、3 )
问题2.如果我们把数列{an}的前n项加在一起的和记作Sn,那么你能用它表示a2吗?a6+a7+a8+a9+a10怎么表示?an呢?
提示:a2=S2-S1,a6+a7+a8+a9+a10=S10-S5,an=
问题3.已知某数列的前n项和Sn=n2+n,如何求a4?
提示:a4=S4-S3=(42+4)-(32+3)=8.
1.定义
把数列{an}从第1项起到第n项止的各项之和,称为数列{an}的前n项和,记作Sn,即Sn=a1+a2+…+an.
2.数列的前n项和公式
如果数列{an}的前n项和Sn与它的序号n之间的对应关系可以用一个式子来表示,那么这个式子叫做这个数列的前n项和公式.
3.an与Sn的关系
an=
[微提醒] (1)注意等式成立的条件.(2)一定要检验n=1时,S1是否满足首项.(3)若Sn与an的关系式较复杂,可分别写出Sn与Sn-1,然后作差求得.
(链教材P7思考)已知Sn为数列{an}的前n项和,Sn=2n2-30n.求a1及an.
解:因为Sn=2n2-30n,
所以当n=1时,a1=S1=2×12-30×1=-28,
当n≥2时,an=Sn-=2n2-30n-[2(n-1)2-30(n-1)]=4n-32.
验证当n=1时上式成立,
所以an=4n-32,n∈N*.
[变式探究](变条件)将本例的条件“Sn=2n2-30n”改为“Sn=2n2-30n+1”,其他条件不变,求an.
解:因为Sn=2n2-30n+1,
所以当n=1时,a1=S1=2×12-30×1+1=-27,
当n≥2时,an=Sn-
=2n2-30n+1-[2(n-1)2-30(n-1)+1]=4n-32.
当n=1时不符合上式.
所以an=
由Sn求通项公式an的步骤
对点练2.已知Sn是数列{an}的前n项和,根据条件求an.
(1)Sn=;
(2)Sn=3n-2.
解:(1)当n=1时,a1=S1=,
当n≥2时,an=Sn-=-=.
又a1=适合上式,所以an=.
(2)当n=1时,a1=S1=1,
当n≥2时,an=Sn-=(3n-2)-(-2)=2×.
又a1=1不适合上式,所以an=
任务三 由递推公式求通项公式
(一题多解)(1)(2026·安徽马鞍山高二月考)已知数列{an}满足a1=1,=an+,求数列{an}的通项公式;
(2)设{an}是首项为1的正项数列,且(n+1)-n+an=0(n∈N*),求数列{an}的通项公式.
解:(1)法一:(归纳法)数列的前5项分别为a1=1,a2=1+=,a3=+=,a4=+=,a5=+=.
又a1=1,由此可得数列的一个通项公式为an=(n∈N*).
法二:(迭代法)因为=an+,
所以=an+-,
所以a2=a1+1-,a3=a2+-,…,an=+-(n≥2),
则an=a1+1-+-+-+…+-=2-=(n≥2).
又a1=1也适合上式,所以an=(n∈N*).
法三:(累加法) 因为an+1-an=-,a1=1,所以a2-a1=1-,a3-a2=-,a4-a3=-,…,an-=-(n≥2),
以上各项相加得an=1+(1-)+(-)+…+(-)=2-.
所以an=(n≥2).
因为a1=1也适合上式,所以an=(n∈N*).
(2)法一:(累乘法)把(n+1)-n+an+1an=0分解因式,得[(n+1)-nan](+an)=0.
因为an>0,所以+an>0,所以(n+1)-nan=0,
所以=,所以···…·=×××…×,
所以=.
又因为a1=1,所以an=a1=.
法二:(迭代法)同法一,得=,
所以=an,
所以an=·an-1=··=···=…=···…·a1=a1.
又因为a1=1,所以an=.
法三:(构造特殊数列法)同法一,得=,所以(n+1)=nan,
所以数列{nan}是常数列,
所以nan=1·a1=1,所以an=.
由递推公式求通项公式的常用方法
1.归纳法:根据数列的某项和递推公式求出数列的前几项,归纳出通项公式.(只适用于选择题、填空题)
2.迭代法、累加法或累乘法适合的递推公式类型
(1)an+1-an=常数,或an+1-an=f(n)(f(n)是可以求和的),使用累加法或迭代法.
(2)an+1=pan(p为非零常数),或an+1=f(n)an(f(n)是可以求积的),使用累乘法或迭代法.
(3)an+1=pan+q(p,q为非零常数),适当变形后转化为第(2)类解决.
注意:用累加或累乘时,常因忘记“n≥2”这个条件,而造成错把缺项的式子看成等式而失分.
对点练3.(1)已知数列{an}满足a1=,an=an-1+(n∈N*且n≥2),则数列{an}的通项公式为 .
(2)已知数列{an}满足a1=1,ln an-ln =1(n≥2),则数列{an}的通项公式为 .
(3)已知各项均不为0的数列{an}满足a1=,anan-1=an-1-an(n≥2,n∈N*),则数列{an}的通项公式为 .
答案:(1)an= (2)an=en-1 (3)an=
解析:(1)因为an=an-1+(n≥2),所以an-==-,所以a2-a1=-,a3-a2=-,…,an-=-(n≥2).以上各式相加,得an-a1=-(n≥2),所以an=a1+-=(n≥2),所以an=(n≥2),又a1=适合an=,故数列{an}的通项公式为an=.
(2)因为ln an-ln =1,所以ln =1,即=e(n≥2).所以an=··…··a1=e·e·…·e·1=(n≥2),又a1=1也符合上式,故数列{an}的通项公式an=en-1,n∈N*.
(3)因为an=-an,且各项均不为0,所以-=1.所以当n≥2时,=+(-)+(-)+…+(-)=2+1+1+…+1=n+1.所以=n+1,所以当n≥2时,an=.因为a1=也符合上式,故数列{an}的通项公式为an=(n∈N*).
[教材拓展1] 斐波那契数列(源于教材P10阅读与思考、P9 T4)
1.斐波那契数列的由来
意大利著名数学家斐波那契在研究兔子繁殖问题时,发现有这样一列数:1,1,2,3,5,…,其中从第三项起,每个数等于它前面两个数的和,后来人们把这样的一组数组成的数列{Fn}称为“斐波那契数列”,递推公式:Fn=Fn-1+Fn-2(n>2),通项公式:Fn=[()n-()n].
2.斐波那契数列的性质
(1)求和问题:①Sn=an+2-1;②a1+a3+a5+…+a2n-1=a2n;③a2+a4+a6+…+a2n=a2n+1-1.
[证明]①Sn=a1+a2+a3+…+an-1+an=(a3-a2)+(a4-a3)+(a5-a4)+…+(an+1-an)+(an+2-an+1)=an+2-a2=an+2-1,即Sn=an+2-1.
②由a1=a2,a3=a4-a2,a5=a6-a4,…,a2n-1=a2n-a2n-2,可得a1+a3+a5+…+a2n-1=a2n.
③由a2=a3-a1,a4=a5-a3,…,a2n=a2n+1-a2n-1,可得a2+a4+a6+…+a2n=a2n+1-a1=a2n+1-1.
(2)平方和问题:+++…+=anan+1,即=anan+1.
[证明] 斐波那契数列总有an+2=an+1+an,则=a2a1,
=a2(a3-a1)=a2a3-a2a1,
=a3(a4-a2)=a3a4-a3a2,
…,
=an(an+1-an-1)=anan+1-anan-1,
所以+++…+=anan+1,
即=anan+1.
(3)相邻项问题:=an-1an+1-(-1)n(n>1).
[证明] 设α=,β=,则an-1an+1=(αn-1-β n-1)×·(αn+1-β n+1)=(α2n+β 2n-αn-1β n+1-αn+1βn-1)=[α2n+β2n-3×(-1)n-1]=[α2n+β2n-2αnβn+5×(-1)n]=(αn-β n)2+(-1)n=+(-1)n(n>1),
即=an-1an+1-(-1)n(n>1).
(多选)意大利著名数学家斐波那契在研究兔子繁殖问题时,发现有这样一列数:1,1,2,3,5,8,13,…,其中从第三项起,每个数都等于它前面两个数的和,后来人们把这样的一列数组成的数列称为“斐波那契数列”,记Sn为数列的前n项和,则下列结论正确的是( )
A.a7=13
B.S8=97
C.++…+=a2 026a2 026
D.a1+a3+a5+…+a199=a200
答案:ACD
解析:对于A,由题意,数列的前7项为1,1,2,3,5,8,13,故a7=13,故A正确;对于B,S8=1+1+2+3+5+8+13+21=54,故B错误;对于C,由题意a1=1,a2=1,an+2=an+1+an,所以an+1=an+2-an,=a1a2,=a2=a2a3-a1a2,=a3=a3a4-a2a3,…,=an(an+1-an-1)=anan+1-an-1an,所以++…+=a1a2+++…+=a2 026a2 027,故C正确;对于D,由C可知,a1+a3+a5+…+a199=a2+++…+=a200,故D正确.故选ACD.
任务
再现
1.数列的递推公式.2.数列的前n项和Sn与an的关系.3.由递推公式求通项公式
方法
提炼
归纳法、迭代法、累加法、累乘法、公式法
易错
警示
累加法、累乘法解题时不注意验证首项是否符合通项公式;由Sn求an时易忽视验证n=1时的情况
1.已知数列{an},a1=1,an+1=an+,则该数列的第3项等于( )
A.1 B. C. D.
答案:C
解析:a2=a1+=1,a3=a2+=.故选C.
2.设数列{an}的前n项和Sn=n2,则a9的值为( )
A.15 B.17 C.49 D.64
答案:B
解析:由已知,a9=S9-S8=92-82=17.故选B.
3.设数列{an}满足a1=1,且an+1-an=1(n∈N*),则数列{an}的通项公式为an=________.
答案:n
解析:由题意知a2-a1=1,a3-a2=1,…,an-an-1=1(n≥2),以上各式相加,得an-a1==n-1,因为a1=1,则an=n(n≥2).又a1=1也满足an=n,所以数列{an}的通项公式为an=n(n∈N*).
4.若数列{an}满足(n-1)an=(n+1)an-1(n≥2,n∈N*),且a1=1,则a100=________.
答案:5 050
解析:由(n-1)an=(n+1)an-1,得=(n≥2,n∈N*),则a100=a1···…·=1××…×==5 050.
课时分层评价2 数列的递推公式与an和Sn的关系
(时间:90分钟 满分:100分)
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
(1—9,每小题5分,共45分)
1.数列,…的递推公式可以是( )
A.an=(n∈N*) B.an=(n∈N*)
C.an=an-1(n≥2) D.an=3an-1(n≥2)
答案:C
解析:后一项是前一项的,所以此数列的递推公式可以是an=an-1(n≥2).故选C.
2.(2026·山西太原高二期中)在数列中,a1=,=1-,则a2 026等于( )
A. B.-1
C.2 D.3
答案:A
解析:当n=1时,a2=1-=-1;当n=2时,a3=1-=2;当n=3时,a4=1-==a1;a5=1-=-1=a2;a6=2;…,所以数列{an}是一个周期为3的周期数列,故a2 026=a3×675+1=a1=.故选A.
3.数列{an}中,a1=1,当n≥2时,an=若an=,则n的值等于( )
A.7 B.8
C.9 D.10
答案:C
解析:因为a1=1,所以a2=1+a1=2,a3==,a4=1+a2=3,a5==,a6=1+a3=,a7==,a8=1+a4=4,a9==,所以n=9.故选C.
4.已知数列{an}的前n项和Sn=n2-2n,则a4+a5+a6等于( )
A.15 B.18 C.21 D.24
答案:C
解析:由Sn=n2-2n可得a4+a5+a6=S6-S3=(62-2×6)-(32-2×3)=21.故选C.
5.(多选)符合递推关系式an=an-1的数列是( )
A.1,2,3,4,… B.1,,2,2,…
C.,2,2,4,… D.0,,2,2,…
答案:BC
解析:B与C中从第2项起,后一项是前一项的倍,符合递推公式an=.在A中,后一项与前一项之差为1,递推公式为an-an-1=1.在D中,无法推出递推公式.故选BC.
6.(多选)已知函数f(x)=若数列{an}满足a1=,=f(an),n∈N*,则下列说法正确的是( )
A.该数列是周期数列且周期为3
B.该数列不是周期数列
C.a2 025+a2 026=
D.a2 025+a2 026=
答案:BD
解析:a2=f()=-1=;a3=f()=-1=;a4=f()=+=;a5=f()=2×-1=;a6=f()=2×-1=;a7=f()=+=;…,所以从a3开始数列{an}是以3为周期的周期数列,但数列{an}并不是周期数列,故A错误,B正确.而a2 025+a2 026=a3+a4=+=,所以C错误,D正确.故选BD.
7.(2025·广东梅州期末考试)将自然数0,1,2,3,4,…,按照如图排列,我们将1,3,6,10,…称为“拐弯数”,则第50个“拐弯数”是________.
答案:1 275
解析:设数列1,3,6,10,…,为 ,则易得an+1-an=n+1,n∈N*,于是an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=1+2+3+…+(n-1)+n=,
则a50==1 275.
8.在数列{an}中,a1=,an+1=,则a98= .
答案:-
解析:因为a1=,an+1=,所以a2==-,a3==,a4==-,a5==-,…,所以数列{an}是以2为周期的数列,则a98=a2=-.
9.(双空题)已知在数列{an}中,a1a2a3…an=n2,则a3+a5= ,an= .
答案:
解析:由题意n=1时,a1=1,所以由a1a2a3…an=n2得,a1a2=22,a1a2a3=32,a1a2a3a4=42,a1a2a3a4a5=52,则a3==,a5==,故a3+a5=.a1a2a3…an=n2,所以当n≥2时,a1a2a3…an-1=(n-1)2,两式相除得an=,故an=
10.(13分)已知数列{an}的前n项和Sn满足n=log2(Sn-1),求其通项公式an.
解:根据条件可得Sn=2n+1.
当n≥2时,an=Sn-=2n+1--1=(2-1)=,
当n=1时,a1=S1=21+1=3≠21-1,
所以an=
(11—13,每小题5分,共15分)
11.在数列{an}中,a1=2,an+1=an+ln (1+),则数列{an}的通项公式为an=( )
A.2+ln n B.2+(n-1)ln n
C.2+n ln n D.1+n+ln n
答案:A
解析:a2=a1+ln (1+),a3=a2+ln (1+),…,an=an-1+ln (1+)(n≥2),则an=a1+ln (×…×)=2+ln n(n≥2).又a1=2=2+ln 1,所以an=2+ln n.故选A.
12.(多选)若数列{an}满足a1=1,a2=2,anan-2=an-1(n≥3),记数列{an}的前n项积为Tn,则下列说法正确的是( )
A.Tn有最大值 B.an无最大值
C.T2 026=4 D.a2 027=
答案:ACD
解析:因为a1=1,a2=2,anan-2=an-1(n≥3),所以a3=2,a4=1,a5=,a6=,a7=1,a8=2,…,因此数列{an}是周期为6的周期数列,an+6=an,所以an有最大值2,a2 027=a337×6+5=a5=,故B错误,D正确;又因为T1=1,T2=2,T3=4,T4=4,T5=2,T6=1,T7=1,T8=2,…,所以{Tn}是周期为6的周期数列,Tn+6=Tn,所以Tn有最大值4,T2 026=T4=4,故A,C正确.故选ACD.
13. (双空题)(2025·广东惠州期末测试)传说古希腊毕达哥拉斯学派的数学家用沙粒和小石子来研究数,他们根据沙粒或小石子所排列的形状把数分成许多类,如图中第一行的1,3,6,10称为三角形数,第二行的1,4,9,16称为正方形数,第三行的1,5,12,22称为五边形数,则正方形数所构成的数列的第5项是________,五边形数所构成的数列的通项公式为________.
答案:25 an=
解析:正方形数所构成数列的第5项是16+9=25,五边形数所构成数列满足a1=1,a2-a1=4,a3-a2=7,a4-a3=10,an=an-1+,所以an=a1++…+=1+4+7+…+,n≥2,可得an==,当n=1时a1=1成立,所以an=.
14.(17分)已知数列{an}中,a1=1,其前n项和为Sn,且满足2Sn=(n+1)an.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记bn=3n-λ,若数列{bn}为递增数列,求实数λ的取值范围.
解:(1)法一:因为2Sn=(n+1)an,
所以2Sn+1=(n+2)an+1,
所以2an+1=(n+2)an+1-(n+1)an,
即nan+1=(n+1)an,所以=,
所以==…==1,
所以an=n.
法二:因为2Sn=(n+1)an,
所以2Sn+1=(n+2)an+1,
所以2an+1=(n+2)an+1-(n+1)an,
即nan+1=(n+1)an,所以=,
所以当n≥2时,an=a1···…·=1×××…×=n.
又a1=1也满足an=n,
所以数列{an}的通项公式为an=n.
(2)由(1)知bn=3n-λn2,
由bn+1-bn=3n+1-λ(n+1)2-(3n-λn2)=2·3n-λ(2n+1),
因为数列{bn}为递增数列,
所以2·3n-λ(2n+1)>0,即λ<.
令cn=,则=·=>1,
所以{cn}为递增数列,所以λ<c1=2,
即实数λ的取值范围是(-∞,2).
(15、16,每小题5分,共10分)
15.公元13世纪意大利数学家斐波那契在自己的著作《算盘书》中记载着这样一个数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34,…,满足=+an(n≥1),那么1+a2+a4+a6+…+a2 026等于( )
A.a2 024 B.a2 025
C.a2 026 D.a2 027
答案:D
解析:由于an+2=an+1+an(n≥1),则1+a2+a4+a6+…+a2 026=a1+a2+a4+a6+…+a2 026=a3+a4+a6+…+a2 026=a5+a6+…+a2 026=a2 025+a2 026=a2 027.故选D.
16.(多选)(2026·江苏淮安高二期中)若数列{an}满足对任意正整数n,{an+1-an}为递减数列,则称数列{an}为“差递减数列”.下面给出的通项公式中,可使{an}为“差递减数列”的有( )
A.an=3n B.an=n2+1
C.an= D.an=ln
答案:CD
解析:对于A,若an=3n,则an+1-an=3(n+1)-3n=3,所以{an+1-an}为常数列,故A错误;对于B,若an=n2+1,则an+1-an=(n+1)2-n2=2n+1,所以{an+1-an}为递增数列,故B错误;对于C,若an=,则an+1-an=-=,因为函数y=在(0,+∞)上单调递减,所以{an+1-an}为递减数列,故C正确;对于D,若an=ln ,则an+1-an=ln -ln =ln(·)=ln(1+),因为函数y=ln(1+)在(0,+∞)上单调递减,所以{an+1-an}为递减数列.故选CD.
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