北师大版 (2019)选择性必修 第二册3.1 等比数列的概念及其通项公式第1课时导学案
展开第1课时 等比数列的概念及通项公式
学习目标 1.通过实例,理解等比数列的概念并掌握等比数列的判定方法.2.掌握等比数列的通项公式并了解其推导过程.3.能解决与等比数列的通项公式有关的运算.
导语
山东省临沂市费县人程运付,从2005年底开始赶集摆摊卖拉面,3元拉面15年不涨价.2021年2月,因为顾客偶然拍摄的一段短视频,走红网络,成为远近闻名的“拉面哥”.2021年3月,全国各地的自媒体、商家和游客纷纷朝着“拉面哥”家乡“集结”,“拉面哥”每天忙碌地为大家“表演”拉面技艺.只见他娴熟地将一根很粗的面条拉伸、捏合、再拉伸、再捏合,如此反复几次,就拉成了许多根细面条.你知道他这样拉伸、捏合10次后可拉出多少根细面条吗?
一、等比数列的概念
问题1 观察下面几个数列:
(1)1,eq \f(1,2),eq \f(1,4),eq \f(1,8),eq \f(1,16),….
(2)1,-1,1,-1,1,….
(3)eq \f(1,2),-1,2,-4,8,….
上面几组数列是等差数列吗?如果要研究每个数列中相邻两项的关系,你会发现有怎样的共同特点?
提示 都不是等差数列,不符合等差数列的定义;从第2项起,每一项与前一项的比都等于同一个非零常数.
知识梳理
等比数列的定义
如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的比值都是同一个常数,那么称这样的数列为等比数列,称这个常数为等比数列的公比,通常用字母q表示(q≠0).
注意点:
(1)等比数列定义的符号语言:eq \f(an+1,an)=q(q为常数且q≠0,n∈N+).
(2)定义中“比值是同一个常数”,不能理解成“比值是一个常数”,如数列:2,2,3,3,4,4就不是等比数列.
(3)公比可以是正数,也可以是负数,但是不能为0.
例1 (1)(多选)下列各组数成等比数列的是( )
A.1,-2,4,-8 B.-eq \r(2),2,-2eq \r(2),4
C.x,x2,x3,x4 D.a-1,a-2,a-3,a-4
答案 ABD
解析 由等比数列的定义知,ABD是等比数列,C中当x=0时,不是等比数列.
(2)已知数列{an}的各项都不为0,a1=1,且2an+1=3an,则a3的值为________,数列{an}________等比数列(填“是”或“不是”).
答案 eq \f(9,4) 是
解析 因为a1=1,且2an+1=3an,
所以2a2=3a1,所以a2=eq \f(3,2),
以此类推a3=eq \f(9,4).
由2an+1=3an,得eq \f(an+1,an)=eq \f(3,2),
故数列{an}是以1为首项,eq \f(3,2)为公比的等比数列.
反思感悟 等比数列定义的理解
(1)由于等比数列的每一项都可能作分母,故每一项均不能为零,因此q也不可能为零.
(2)要判定一个数列是否为等比数列,只需看eq \f(an+1,an)的值是否为不为零的同一个常数,要注意分子、分母次序不能颠倒.
跟踪训练1 判断下列数列是否为等比数列:
(1)1,3,32,33,…,3n-1,…;
(2)-1,1,2,4,8,…;
(3)a,-a,a,-a,….
解 (1)记数列为{an},则a1=1,a2=3,…,an=3n-1,….
∵eq \f(an,an-1)=eq \f(3n-1,3n-2)=3(n≥2,n∈N+),
∴数列为等比数列,且公比为3.
(2)记数列为{an},则a1=-1,a2=1,a3=2,…,
∵eq \f(a2,a1)=-1≠eq \f(a3,a2)=2,
∴此数列不是等比数列.
(3)当a=0时,数列为0,0,0,…是常数列,不是等比数列;
当a≠0时,数列为a,-a,a,-a,…是等比数列,且公比为-1.
二、等比数列的通项公式
问题2 类比等差数列,你能根据等比数列的定义推导它的通项公式吗?
提示 设一个等比数列的首项是a1,公比是q,则由定义可知eq \f(an,an-1)=q(n∈N+且n≥2).
方法一 an=eq \f(an,an-1)×eq \f(an-1,an-2)×…×eq \f(a3,a2)×eq \f(a2,a1)×a1=q×q×…×q×q×a1=a1qn-1,
当n=1时,上式也成立.
方法二 a2=a1q,
a3=a2q=(a1q)q=a1q2,
a4=a3q=(a1q2)q=a1q3,
…
由此可得an=a1qn-1,当n=1时,上式也成立.
知识梳理
等比数列的通项公式
若等比数列{an}的首项为a1(a1≠0),公比为q(q≠0),则{an}的通项公式为an=a1qn-1.
注意点:
(1)用函数的观点看等比数列的通项:等比数列{an}的图象是函数y=eq \f(a1,q)·qx的图象上的一群孤立的点.
(2)等比数列通项公式的变形公式:an=amqn-m(m,n∈N+).
例2 在等比数列{an}中.
(1)已知a2=4,a5=-eq \f(1,2),求an;
(2)已知a5-a1=15,a4-a2=6,an=64,求n.
解 (1)方法一 设等比数列的公比为q,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1q=4,,a1q4=-\f(1,2),))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-8,,q=-\f(1,2).))
∴an=a1qn-1=(-8)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-4.
方法二 设等比数列的公比为q,则eq \f(a5,a2)=q3,
即q3=-eq \f(1,8),q=-eq \f(1,2).
∴an=a5qn-5=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-5=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-4.
(2)根据题意,有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1q4-a1=15,,a1q3-a1q=6,))
方程两边分别相除,得eq \f(a1q4-a1,a1q3-a1q)=eq \f(5,2).
整理得2q2-5q+2=0,
解得q=2或q=eq \f(1,2).
当q=2时,a1=1;当q=eq \f(1,2)时,a1=-16(舍去).
由a1qn-1=64,即2n-1=64,n=7.
延伸探究 本例(1)若改为等比数列{an}中,已知a2=18,a4=8,求q与a5.
解 由已知得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1q=18,,a1q3=8,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=27,,q=\f(2,3)))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-27,,q=-\f(2,3),))
所以q=±eq \f(2,3),a5=a4q=±eq \f(16,3).
反思感悟 (1)等比数列通项公式的求法
①根据已知条件,建立关于a1,q的方程组,求出a1,q后再求an,这是常规方法.
②充分利用各项之间的关系,直接求出q后,再求a1,最后求an,这种方法带有一定的技巧性,能简化运算.
(2)等比数列的通项公式涉及4个量a1,an,n,q,知任意三个就可以求出另一个.
跟踪训练2 在等比数列{an}中,
(1)若a1=256,a9=1,求q和a12;
(2)若a3·a5=18,a4·a8=72,求q.
解 (1)因为a9=a1·q8,
所以256·q8=1,即q=±eq \f(1,2).
当q=eq \f(1,2)时,a12=a1·q11=256×eq \f(1,211)=eq \f(1,8);
当q=-eq \f(1,2)时,a12=a1·q11=256×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))11=-eq \f(1,8).
(2)a1·q2·a1·q4=18,即aeq \\al(2,1)·q6=18.
又a1q3·a1q7=72,即aeq \\al(2,1)·q10=72.
两式相除得q4=eq \f(72,18)=4,所以q=±eq \r(2).
三、等比数列通项公式的应用
例3 有四个数,其中前三个数成等差数列,后三个数成等比数列,并且第一个数与第四个数的和是16,第二个数与第三个数的和是12,求这四个数.
解 方法一 设这四个数依次为a-d,a,a+d,eq \f(a+d2,a),
由条件得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a-d+\f(a+d2,a)=16,,a+a+d=12.))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=4,,d=4))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=9,,d=-6.))
所以当a=4,d=4时,所求的四个数为0,4,8,16;
当a=9,d=-6时,所求的四个数为15,9,3,1.
故所求的四个数为0,4,8,16或15,9,3,1.
方法二 设这四个数依次为eq \f(2a,q)-a,eq \f(a,q),a,aq(q≠0),
由条件得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(2a,q)-a+aq=16,,\f(a,q)+a=12,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=8,,q=2))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=3,,q=\f(1,3).))
当a=8,q=2时,所求的四个数为0,4,8,16;
当a=3,q=eq \f(1,3)时,所求的四个数为15,9,3,1.
故所求的四个数为0,4,8,16或15,9,3,1.
反思感悟 灵活设项求解等比数列的技巧
(1)三个数成等比数列设为eq \f(a,q),a,aq.
(2)四个符号相同的数成等比数列设为eq \f(a,q3),eq \f(a,q),aq,aq3.
(3)四个数成等比数列,不能确定它们的符号相同时,可设为a,aq,aq2,aq3.
跟踪训练3 已知三个数成等比数列,其积为1,第2项与第3项之和为-eq \f(3,2),则这三个数依次为________.
答案 -eq \f(2,5),1,-eq \f(5,2)
解析 设这三个数分别为eq \f(a,q),a,aq,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a3=1,,a+aq=-\f(3,2),))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=1,,q=-\f(5,2),))
所以这三个数依次为-eq \f(2,5),1,-eq \f(5,2).
1.知识清单:
(1)等比数列的概念及判断.
(2)等比数列的通项公式.
(3)等比数列中项的设法.
2.方法归纳:方程(组)思想、构造法、等比数列的设法.
3.常见误区:
(1)四个数成等比数列时设成eq \f(a,q3),eq \f(a,q),aq,aq3,未考虑公比为负的情况.
(2)忽视了等比数列中所有奇数项符号相同,所有偶数项符号相同而出错.
1.在等比数列{an}中,若a2=4,a5=-32,则公比q应为( )
A.±eq \f(1,2) B.±2 C.eq \f(1,2) D.-2
答案 D
解析 因为eq \f(a5,a2)=q3=-8,故q=-2.
2.若等比数列的首项为4,末项为128,公比为2,则这个数列的项数为( )
A.4 B.8 C.6 D.32
答案 C
解析 由等比数列的通项公式得,128=4×2n-1,
2n-1=32,所以n=6.
3.在等比数列{an}中,a1+a2=1,a2+a3=2,则a1=________.
答案 eq \f(1,3)
解析 由a1+a2=1,a2+a3=2,得a1(1+q)=1,a1q(1+q)=2,解得a1=eq \f(1,3).
4.若{an}为等比数列,且3a4=a6-2a5,则公比是________.
答案 -1或3
解析 设公比为q,则3a1q3=a1q5-2a1q4.
因为a1q3≠0,所以q2-2q-3=0,
解得q=-1或q=3.
课时对点练
1.有下列四个说法:
①等比数列中的某一项可以为0;
②等比数列中公比的取值范围是(-∞,+∞);
③若一个常数列是等比数列,则这个常数列的公比为1;
④若b2=ac,则a,b,c成等比数列.
其中正确说法的个数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
答案 B
解析 等比数列中公比不能取0,且各项均不可为0,所以只有③正确.
2.(多选)在等比数列{an}中,a3+a4=4,a2=2,则公比q等于( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
答案 AC
解析 根据题意,eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1q2+a1q3=4,,a1q=2,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=2,,q=1))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-1,,q=-2.))
3.如图给出了一个“三角形数阵”.已知每一列数成等差数列,从第三行起,每一行数成等比数列,而且每一行的公比都相等.
eq \f(1,4)
eq \f(1,2),eq \f(1,4)
eq \f(3,4),eq \f(3,8),eq \f(3,16)
…
记第i行第j列的数为aij(i,j∈N+),则a53的值为( )
A.eq \f(1,16) B.eq \f(1,8) C.eq \f(5,16) D.eq \f(5,4)
答案 C
解析 第一列构成首项为eq \f(1,4),公差为eq \f(1,4)的等差数列,
所以a51=eq \f(1,4)+(5-1)×eq \f(1,4)=eq \f(5,4).
又因为从第三行起每一行数成等比数列,而且每一行的公比都相等,所以第5行构成首项为eq \f(5,4),公比为eq \f(1,2)的等比数列,所以a53=eq \f(5,4)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))2=eq \f(5,16).
4.等比数列{an}的公比为q,且|q|≠1,a1=-1,若am=a1·a2·a3·a4·a5,则m等于( )
A.9 B.10 C.11 D.12
答案 C
解析 因为a1·a2·a3·a4·a5=a1·a1q·a1q2·a1q3·a1q4=aeq \\al(5,1)·q10=-q10,又am=a1qm-1=-qm-1,所以-q10=-qm-1,所以10=m-1,所以m=11.
5.(多选)设{an}为等比数列,下列数列一定为等比数列的是( )
A.{2an} B.{aeq \\al(2,n)} C.{} D.{lg2|an|}
答案 AB
解析 设an=a1qn-1,对于A,2an=2a1qn-1,所以数列{2an}是等比数列;对于B,aeq \\al(2,n)=aeq \\al(2,1)q2n-2=aeq \\al(2,1)(q2)n-1,所以数列{aeq \\al(2,n)}是等比数列;对于C,,不是一个常数,所以数列{}不是等比数列;对于D,eq \f(lg2|an|,lg2|an-1|)=eq \f(lg2|a1qn-1|,lg2|a1qn-2|)不是一个常数,所以数列{lg2|an|}不是等比数列.
6.已知不等式x2-5x-6<0的解集中有三个整数解,构成等比数列{an}的前三项,则数列{an}的第四项是( )
A.8 B.eq \f(1,2) C.8或2 D.8或eq \f(1,2)
答案 D
解析 不等式x2-5x-6<0的解集为{x|-1
7.等比数列{an}的前三项分别是5,-15,45,则a5=________.
答案 405
解析 因为a1=5,q=eq \f(a2,a1)=-3,所以a5=a1q4=405.
8.三个数成等比数列,公比q>1,三个数的积为512,如果第一个数与第三个数各减去2,则这三个数成等差数列,则这三个数分别为________.
答案 4,8,16
解析 设这三个数依次为eq \f(a,q),a,aq,
∵eq \f(a,q)·a·aq=512,∴a=8,
∵eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,q)-2))+(aq-2)=2a,∴2q2-5q+2=0,
∴q=2或q=eq \f(1,2).
∵q>1,∴这三个数分别为4,8,16.
9.在等比数列{an}中:
(1)a1=1,a4=8,求an;
(2)an=625,n=4,q=5,求a1;
(3)a2+a5=18,a3+a6=9,an=1,求n.
解 (1)因为a4=a1q3,所以8=q3,所以q=2,
所以an=a1qn-1=2n-1.
(2)a1=eq \f(an,qn-1)=eq \f(625,54-1)=5,故a1=5.
(3) 因为eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a2+a5=a1q+a1q4=18, ①,a3+a6=a1q2+a1q5=9, ②))
由eq \f(②,①),得q=eq \f(1,2),从而a1=32.
又an=1,所以32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))n-1=1,即26-n=20,故n=6.
10.有三个数成等比数列,其积为27,其平方和为91,求这三个数.
解 设这三个数为eq \f(a,q),a,aq(公比为q),
由已知得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a3=27, ①,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,q)))2+a2+aq2=91, ②))
由①得a=3.
将a=3代入②得q2+eq \f(1,q2)=eq \f(82,9),
所以9q4-82q2+9=0,令q2=t(t>0),
所以9t2-82t+9=0,得t1=9,t2=eq \f(1,9).
所以q=±3或q=±eq \f(1,3).
当q=3时,此数列为1,3,9;
当q=-3时,此数列为-1,3,-9;
当q=eq \f(1,3)时,此数列为9,3,1;
当q=-eq \f(1,3)时,此数列为-9,3,-1.
11.等比数列{an}的公比|q|>1,{an}中有连续四项在集合{-54,-24,-18,36,81}中,则q等于( )
A.-eq \f(1,2) B.eq \f(1,2) C.-eq \f(3,2) D.eq \f(3,2)
答案 C
解析 ∵{an}中的项必然有正有负,
∴q<0.又|q|>1,∴q<-1.
由此可得{an}的连续四项为-24,36,-54,81.
∴q=-eq \f(3,2).
12.已知在等比数列{an}中,各项都是正数,且a1,eq \f(1,2)a3,2a2成等差数列,则eq \f(a9+a10,a7+a8)等于( )
A.1+eq \r(2) B.1-eq \r(2)
C.3+2eq \r(2) D.3-2eq \r(2)
答案 C
解析 由题意知2×eq \f(1,2)a3=a1+2a2,即a1q2=a1+2a1q,
∴q2-2q-1=0.∴q=1+eq \r(2)或q=1-eq \r(2)(舍去).
eq \f(a9+a10,a7+a8)=eq \f(a7+a8q2,a7+a8)=q2=(1+eq \r(2))2=3+2eq \r(2).
13.在表格中,每格填上一个数字后,使每一横行成等差数列,每一纵列成等比数列,则a+b+c的值为________.
答案 1
解析 因为每一横行成等差数列,每一纵列成等比数列,所以根据第三列,得2×a=12,可得a=eq \f(1,2).在第一列中,公比q=eq \f(1,2),第3个数为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))2=eq \f(1,4),第4个数为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))3=eq \f(1,8),第三列中,公比q=eq \f(1,2),第4个数为2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))3=eq \f(1,4),所以第四行中的公差d=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)-\f(1,8)))=eq \f(1,16),所以第四行中第4个数b=eq \f(1,4)+eq \f(1,16)=eq \f(5,16),同理c=eq \f(3,16),所以a+b+c=eq \f(1,2)+eq \f(5,16)+eq \f(3,16)=1.
14.设等比数列{an}满足a1+a3=10,a2+a4=5,则a1a2·…·an的最大值为__________.
答案 64
解析 设该等比数列{an}的公比为q,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a3=10,,a2+a4=5,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a1q2=10,,a1q+a1q3=5,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=8,,q=\f(1,2),))
∴a1a2·…·an=
当n=3或4时,eq \f(1,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-\f(7,2)))2-\f(49,4)))取得最小值-6,
此时取得最大值26,
∴a1a2·…·an的最大值为64.
15.已知数列{an}满足a1=1,an+1=2an+1,则an=________.
答案 2n-1
解析 ∵an+1=2an+1,∴an+1+1=2(an+1),
∴eq \f(an+1+1,an+1)=2.
∴{an+1}是等比数列,公比为2,首项为2.
∴an+1=(a1+1)·2n-1=2n.
∴an=2n-1.
16.在①a3=5,a2+a5=6b2;②b2=2,a3+a4=3b3;③S3=9,a4+a5=8b2三个条件中任选一个,补充在下面的问题中,并解答.
已知等差数列{an}的公差为d(d>1),前n项和为Sn,等比数列{bn}的公比为q,且a1=b1,d=q,________,求数列{an},{bn}的通项公式.
解 选条件①:
因为a3=5,所以a1+2d=5,
因为a2+a5=6b2,a1=b1,d=q,
所以2a1+5d=6a1d,
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+2d=5,,2a1+5d=6a1d,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=1,,d=2))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=\f(25,6),,d=\f(5,12)))(舍去),
则a1=b1=1,d=q=2,
故an=a1+(n-1)d=2n-1,bn=b1qn-1=2n-1.
选条件②:
因为b2=2,a1=b1,d=q,所以a1d=2,
因为a3+a4=3b3,所以2a1+5d=3a1d2,
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1d=2,,2a1+5d=3a1d2,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=1,,d=2))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-1,,d=-2))(舍去),
则a1=b1=1,d=q=2,
故an=a1+(n-1)d=2n-1,bn=b1qn-1=2n-1.
选条件③:
因为S3=9,所以3a1+3d=9,
因为a4+a5=8b2,a1=b1,d=q,
所以2a1+7d=8a1d,
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(3a1+3d=9,,2a1+7d=8a1d,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=1,,d=2))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=\f(21,8),,d=\f(3,8)))(舍去),
则a1=b1=1,d=q=2,
故an=a1+(n-1)d=2n-1,bn=b1qn-1=2n-1.1
2
0.5
1
a
b
c
北师大版 (2019)选择性必修 第二册3.1 等比数列的概念及其通项公式第2课时导学案: 这是一份北师大版 (2019)选择性必修 第二册3.1 等比数列的概念及其通项公式第2课时导学案,共6页。
高中数学3.1 等比数列的概念及其通项公式第1课时导学案: 这是一份高中数学3.1 等比数列的概念及其通项公式第1课时导学案,共8页。
数学选择性必修 第二册2.1 等差数列的概念及其通项公式第1课时导学案: 这是一份数学选择性必修 第二册2.1 等差数列的概念及其通项公式第1课时导学案,共10页。学案主要包含了等差数列的概念,等差数列的通项公式,等差数列的实际应用等内容,欢迎下载使用。