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选择性必修第一册 第4章 习题课 并项求和、错位相减法试卷
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这是一份选择性必修第一册 第4章 习题课 并项求和、错位相减法试卷,共10页。
习题课 并项求和、错位相减法学习目标 1.熟练掌握等差与等比数列前n项和公式中各个符号的意义.2.根据数列的结构形式会用并项法和错位相减法求和.一、并项求和例1 已知数列an=(-1)nn,求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和Sn.解 方法一 若n是偶数,则Sn=(-1+2)+(-3+4)+(-5+6)+…+[-(n-1)+n]=eq \f(n,2).若n是奇数,则Sn=(-1+2)+(-3+4)+(-5+6)+…+(-n)=eq \f(n-1,2)-n=-eq \f(n+1,2).综上所述,Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(n,2),n为偶数,,-\f(n+1,2),n为奇数,))n∈N*.方法二 可采用分组求和(略).延伸探究 若an=(-1)nn2,求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和Sn.解 若n是偶数,Sn=(-12+22)+(-32+42)+(-52+62)+…+[-(n-1)2+n2]=3+7+11+…+2n-1,共有eq \f(n,2)项,故Sn=eq \f(n,2)×3+eq \f(\f(n,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n,2)-1)),2)×4=eq \f(n2,2)+eq \f(n,2),若n是奇数,Sn=(-12+22)+(-32+42)+(-52+62)+…+(-n2)=3+7+11+…+(-n2),其中有前eq \f(n-1,2)是等差数列,故有Sn=eq \f(n-1,2)×3+eq \f(\f(n-1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n-1,2)-1)),2)×4-n2=-eq \f(n2,2)-eq \f(n,2),综上所述,Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(n2+n,2),n为偶数,,-\f(n2+n,2),n为奇数,))n∈N*.反思感悟 并项求和法适用的题型一般地,对于摆动数列适用于并项求和,此类问题需要对项数的奇偶性进行分类讨论,有些摆动型的数列也可采用分组求和.跟踪训练1 若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式是an=(-1)n+1·(3n-2),则a1+a2+…+a2 021等于( )A.-3 027 B.3 027 C.-3 031 D.3 031答案 D解析 S2 021=(1-4)+(7-10)+…+(6 055-6 058)+6 061=1 010×(-3)+6 061=3 031.二、错位相减法例2 求和:Sn=x+2x2+3x3+…+nxn(x≠0).解 当x=1时,Sn=1+2+3+…+n=eq \f(nn+1,2);当x≠1时,Sn=x+2x2+3x3+…+nxn,xSn=x2+2x3+3x4+…+(n-1)xn+nxn+1,∴(1-x)Sn=x+x2+x3+…+xn-nxn+1=eq \f(x1-xn,1-x)-nxn+1,∴Sn=eq \f(x1-xn,1-x2)-eq \f(nxn+1,1-x).综上可得,Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(nn+1,2),x=1,,\f(x1-xn,1-x2)-\f(nxn+1,1-x),x≠1且x≠0.))反思感悟 (1)一般地,如果数列{an}是等差数列,{bn}是等比数列,求数列{an·bn}的前n项和时,可采用错位相减法.(2)用错位相减法求和时,应注意:①要善于识别题目类型,特别是等比数列公比为负数的情形.②在写出“Sn”与“qSn”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”,以便于下一步准确地写出“Sn-qSn”的表达式.跟踪训练2 已知数列{an}的前n项和为Sn,数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是公差为1的等差数列,且a2=3.(1)求数列{an}的通项公式;(2)设bn=an·3n,求数列{bn}的前n项和Tn.解 (1)数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是公差为1的等差数列,∴eq \f(Sn,n)=a1+n-1,可得Sn=n(a1+n-1),∴a1+a2=2(a1+1),且a2=3.解得a1=1.∴Sn=n2.∴n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1(n=1时也成立).∴an=2n-1.(2)bn=an·3n=(2n-1)·3n,∴数列{bn}的前n项和Tn=3+3×32+5×33+…+(2n-1)×3n,∴3Tn=32+3×33+…+(2n-3)×3n+(2n-1)×3n+1,∴-2Tn=3+2×(32+33+…+3n)-(2n-1)×3n+1=3+2×eq \f(93n-1-1,3-1)-(2n-1)×3n+1,可得Tn=3+(n-1)×3n+1.1.知识清单:(1)并项求和.(2)错位相减法求和.2.方法归纳:公式法、错位相减法.3.常见误区:并项求和易忽略总项数的奇偶;错位相减法中要注意相减后的项数、符号及化简.1.已知在前n项和为Sn的数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))中,a1=1,an+1=-an-2,则S101等于( )A.-97 B.-98C.-99 D.-100答案 C解析 由an+1=-an-2,得an+an+1=-2,则S101=a1+(a2+a3)+…+(a100+a101)=1-2×50=-99.2.数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式为an=1+n2sin eq \f(nπ,2),前n项和为Sn,则S100等于( )A.50 B.-2 400 C.-4 900 D.-9 900答案 C解析 a1=1+12,a2=1,a3=1-32,a4=1,…,考虑到y=sin eq \f(nπ,2)的周期为4,所以S100=100+12-32+52-72+…+972-992=100-2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+3+5+7+…+99))=100-2×eq \f(1+99×50,2)=-4 900.3.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若S3=7,S6=63,则数列{nan}的前n项和为( )A.-3+(n+1)×2n B.3+(n+1)×2nC.1+(n+1)×2n D.1+(n-1)×2n答案 D解析 设等比数列{an}的公比为q,易知q≠1,所以由题设得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(S3=\f(a1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-q3)),1-q)=7,,S6=\f(a1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-q6)),1-q)=63,))两式相除得1+q3=9,解得q=2,进而可得a1=1,所以an=a1qn-1=2n-1,所以nan=n×2n-1.设数列{nan}的前n项和为Tn,则Tn=1×20+2×21+3×22+…+n×2n-1,2Tn=1×21+2×22+3×23+…+n×2n,两式作差得-Tn=1+2+22+…+2n-1-n×2n=eq \f(1-2n,1-2)-n×2n=-1+(1-n)×2n,故Tn=1+(n-1)×2n.4.计算1×eq \f(1,2)+2×eq \f(1,22)+3×eq \f(1,23)+…+9×eq \f(1,29)=__________.答案 eq \f(1 013,512)解析 S=1×eq \f(1,2)+2×eq \f(1,22)+3×eq \f(1,23)+…+9×eq \f(1,29),①eq \f(1,2)S=1×eq \f(1,22)+2×eq \f(1,23)+3×eq \f(1,24)+…+9×eq \f(1,210),②由①-②得,eq \f(1,2)S=eq \f(1,2)+eq \f(1,22)+eq \f(1,23)+…+eq \f(1,29)-9×eq \f(1,210)=eq \f(\f(1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,29))),1-\f(1,2))-9×eq \f(1,210)=1-eq \f(1,29)-9×eq \f(1,210)=1-eq \f(11,210)=eq \f(1 013,1 024),所以S=eq \f(1 013,512).课时对点练1.若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式是an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1))neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3n-1)),则a1+a2+…+a10等于( )A.15 B.12 C.-12 D.-15答案 A解析 因为an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1))neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3n-1)),所以a1+a2=-2+5=3,a3+a4=-8+11=3,a5+a6=-14+17=3,a7+a8=-20+23=3,a9+a10=-26+29=3,因此a1+a2+…+a10=3×5=15.2.已知数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))中,a1=1,an+an+1=3,Sn为其前n项和,则S2 021等于( )A.3 030 B.3 031 C.3 032 D.3 033答案 B解析 由题意a2=2,a3=1,a4=2…,故奇数项为1,偶数项为2,则S2 021=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a2 019+a2 020)+a2 021=3×1 010+1=3 031.3.数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))满足a1=1,a2=3,且an+1+2an+an-1=0(n≥2),则eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前2020项和为( )A.8 080 B.4 040 C.-4 040 D.0答案 B解析 由递推关系式可得a1+a2=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a2+a3)),a2+a3=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a3+a4)),所以a3+a4=a1+a2=4,同理可得a5+a6=a7+a8=…=a2 019+a2 020=4,所以S2 020=4×1 010=4 040.4.已知函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n))=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(n2,n为奇数,,-n2,n为偶数,))且an=f(n)+f(n+1),则a1+a2+a3+…+a100等于( )A.0 B.100 C.-100 D.10 200答案 B解析 ∵an=f(n)+f(n+1)∴由已知条件知,an=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(n2-n+12,n为奇数,,-n2+n+12,n为偶数,))即an=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+1)),n为奇数,,2n+1,n为偶数,))∴an=(-1)n·(2n+1),∴an+an+1=2(n是奇数),∴a1+a2+a3+…+a100=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a99+a100)=2+2+2+…+2=100.5.定义eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(x))表示不超过x的最大整数,如eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0.39))=0,eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1.28))=1.若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式为an=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(log2n)),Sn为数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和,则S2 047等于( )A.211+2 B.3×211+2C.6×211+2 D.9×211+2答案 D解析 ∵n≥1,∴log2n≥0,当0≤log2n<1时,n=1,即a1=0(共1项);当1≤log2n<2时,n=2,3,即a2=a3=1(共2项);当2≤log2n<3时,n=4,5,6,7,即a4=a5=a6=a7=2(共4项);…当k≤log2n0,记数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2n·an))的前n项和为Tn,则使得Tn>2 021成立的n的最小值为( )A.7 B.8 C.10 D.11答案 B解析 由题意,得2Sn=aneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an+1))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n∈N*)),当n≥2时,2Sn-1=an-1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an-1+1)),所以2an=2Sn-2Sn-1=aneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an+1))-an-1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an-1+1)),整理得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an+an-1))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an-an-1-1))=0,因为数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))单调递增且Sn>0,所以an+an-1≠0,an-an-1-1=0,即an=an-1+1,当n=1时,2S1=a1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a1+1)),所以a1=1,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))是以1为首项,公差为1的等差数列,所以an=n,所以Tn=1×21+2×22+3×23+…+n·2n,2Tn=1×22+2×23+3×24+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))·2n+n·2n+1,所以-Tn=2+22+23+24+…+2n-n·2n+1=eq \f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-2n)),1-2)-n·2n+1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-n))·2n+1-2,所以Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))·2n+1+2,所以T7=6×28+2=1 538,T8=7×29+2=3 586,所以Tn>2 021成立的n的最小值为8.7.已知数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))满足:an=cos eq \f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))π,3),则eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前100项和为________.答案 1解 因为an=cos eq \f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))π,3),所以a1=1,a2=-eq \f(1,2),a3=-eq \f(1,2),a4=1,a5=-eq \f(1,2),a6=-eq \f(1,2),…,可知数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))是以3为周期的周期数列,且a1+a2+a3=0,所以S100=a1+a2+a3+a4+a5+a6+…+a97+a98+a99+a100 =eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a1+a2+a3))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a4+a5+a6))+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a97+a98+a99))+a100=a100=a1=1.8.已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足Sn=2an-1(n∈N*),则数列{nan}的前n项和Tn为________.答案 (n-1)2n+1解析 ∵Sn=2an-1(n∈N*),∴n=1时,a1=2a1-1,解得a1=1,n≥2时,an=Sn-Sn-1=2an-1-(2an-1-1),化为an=2an-1,∴数列{an}是首项为1,公比为2的等比数列,∴an=2n-1.∴nan=n·2n-1.则数列{nan}的前n项和Tn=1+2×2+3×22+…+n·2n-1.∴2Tn=2+2×22+…+(n-1)×2n-1+n·2n,∴-Tn=1+2+22+…+2n-1-n·2n=eq \f(1-2n,1-2)-n·2n=(1-n)·2n-1,∴Tn=(n-1)2n+1.9.已知等差数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和为Sn,且满足a3=8,S5=2a7.(1)求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式;(2)若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(bn))满足bn=ancos nπ+2n+1,求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(bn))的前2n项和T2n.解 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1))设eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的公差为d,依题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(5a1+\f(5×4,2)d=2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a1+6d)),,a1+2d=8,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1=2,,d=3,)) 所以an=a1+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))d=2+3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))=3n-1.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2))bn=ancos nπ+2n+1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1))nan+2n+1,T2n=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a2-a1))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a4-a3))+…+(a2n-a2n-1)+(22+23+…+22n+1)=3×n+eq \f(22\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-22n)),1-2)=3n+22n+2-4.10.已知{an}是各项均为正数的等比数列,且a1+a2=6,a1a2=a3.(1)求数列{an}的通项公式;(2){bn}为各项非零的等差数列,其前n项和为Sn,已知S2n+1=bnbn+1,求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(bn,an)))的前n项和Tn.解 (1)设数列{an}的公比为q,由题意知,a1(1+q)=6,aeq \o\al(2,1)q=a1q2,又an>0,解得a1=2,q=2,所以an=2n.(2)由题意知S2n+1=eq \f(2n+1b1+b2n+1,2)=(2n+1)bn+1,又S2n+1=bnbn+1,bn+1≠0,所以bn=2n+1.令cn=eq \f(bn,an),则cn=eq \f(2n+1,2n),因此Tn=c1+c2+…+cn=eq \f(3,2)+eq \f(5,22)+eq \f(7,23)+…+eq \f(2n-1,2n-1)+eq \f(2n+1,2n),又eq \f(1,2)Tn=eq \f(3,22)+eq \f(5,23)+eq \f(7,24)+…+eq \f(2n-1,2n)+eq \f(2n+1,2n+1),两式相减得eq \f(1,2)Tn=eq \f(3,2)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)+\f(1,22)+…+\f(1,2n-1)))-eq \f(2n+1,2n+1),所以Tn=5-eq \f(2n+5,2n).11.已知eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和为Sn,a1=1,当n≥2时,an+2Sn-1=n,则S2 021的值为( )A.1 008 B.1 009 C.1 010 D.1 011答案 D解析 由题意,当n≥2时,可得Sn-1=Sn-an,因为an+2Sn-1=n,所以an+2(Sn-an)=n,即2Sn=an+n,当n≥3时,2Sn-1=an-1+n-1,两式相减,可得2an=an-an-1+1,即an+an-1=1,所以a2+a3=1,a4+a5=1,a6+a7=1,…,所以S2 021=a1+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a2+a3))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a4+a5))+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a2 020+a2 021))=1+eq \f(2 021-1,2)×1=1 011.12.公元1202年列昂那多·斐波那契(意大利著名数学家)以兔子繁殖为例,引入“兔子数列”eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an)):1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…,即a1=1,a2=1,an=an-1+an-2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n∈N*,n>2)),此数列在现代物理、化学等学科都有着十分广泛的应用.若此数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的各项除以2后的余数构成一个新数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(bn)),设数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(bn))的前n项的和为Tn,若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))满足:cn=aeq \o\al(2,n+1)-anan+2,设数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(cn))的前n项的和为Sn,则T2 022+S2 022等于( )A.1 349 B.1 348 C.674 D.673答案 B解析 ∵ “兔子数列”的各项为1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…,∴此数列被2除后的余数依次为:1,1,0,1,1,0,1,1,0,…,即b1=1,b2=1,b3=0,b4=1,b5=1,b6=0,…,∴数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(bn))是以3为周期的周期数列,∴T2 022=674(b1+b2+b3)=674×2=1 348,由题意知eq \f(cn+1,cn)=eq \f(a\o\al(2,n+2)-an+1an+1+an+2,a\o\al(2,n+1)-anan+2)=eq \f(an+2an+2-an+1-a\o\al(2,n+1),a\o\al(2,n+1)-anan+2)=eq \f(anan+2-a\o\al(2,n+1),a\o\al(2,n+1)-anan+2)=-1,由于c1=aeq \o\al(2,2)-a1a3=-1,所以cn=(-1)n,所以S2 022=(-1+1)+(-1+1)+…+(-1+1)=0.则T2 022+S2 022=1 348.13.在数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))中,a1=1,对于任意自然数n,都有an+1=an+n·2n,则a15等于( )A.14·215+2 B.13·214+2C.14·215+3 D.13·215+3答案 D解析 an+1-an=n·2n,∴a2-a1=1·21,a3-a2=2·22,a4-a3=3·23… an-an-1=(n-1)·2n-1,以上n-1个等式,累加得an-a1=1·21+2·22+3·23+…+(n-1)·2n-1,①又∵2an-2a1=1·22+2·23+3·24+…+(n-2)·2n-1+(n-1)·2n,②①- ②得a1-an=2+22+23+…+2n-1-(n-1)·2n=eq \f(21-2n-1,1-2)-(n-1)·2n=(2-n)·2n-2,∴an=(n-2)·2n+3(n≥2),∴a15=(15-2)·215+3=13·215+3.14.设Xn={1,2,3,…,n}eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n∈N*)),对Xn的任意非空子集A,定义f(A)为A中的最大元素,当A取遍Xn的所有非空子集时,对应的f(A)的和为Sn,则S5=________.答案 129解析 由Xn={1,2,3,…,n}eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n∈N*)),Xn的任意非空子集A共有2n-1个,其中最大值为n的有2n-1,最大值为n-1的有2n-2个,…,最大值为1的有20=1个,故Sn=20×1+21×2+…+2n-2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))+2n-1×n,所以2Sn=21×1+22×2+…+2n-1×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))+2n×n,两式相减得-Sn=1+21+22+…+2n-1-2n×n,所以-Sn=eq \f(1-2n,1-2)-2n×n=2n-1-2n×n,故Sn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-1))·2n+1,所以S5=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(5-1))×25+1=129.15.在数列{an}中,a1=1,a2=2,且an+2-an=1+(-1)n(n∈N*),则a1+a2+…+a51=________.答案 676解析 当n为偶数时,an+2-an=2,an=2+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n,2)-1))×2=n ;当n为奇数时,an+2-an=0,an=1 ;所以a1+a2+…+a51=26×1+(2+4+6+…+50)=26×1+eq \f(1,2)×25×(2+50)=676.16.已知数列{an}满足a1=1,an+1=2an+λ(λ为常数).(1)试探究数列{an+λ}是不是等比数列,并求an;(2)当λ=1时,求数列{n(an+λ)}的前n项和Tn.解 (1)因为an+1=2an+λ,所以an+1+λ=2(an+λ).又a1=1,所以当λ=-1时,a1+λ=0,数列{an+λ}不是等比数列,此时an+λ=an-1=0,即an=1;当λ≠-1时,a1+λ≠0,所以an+λ≠0,所以数列{an+λ}是以1+λ为首项,2为公比的等比数列,此时an+λ=(1+λ)2n-1,即an=(1+λ)2n-1-λ.(2)由(1)知an=2n-1,所以n(an+1)=n·2n,Tn=2+2×22+3×23+…+n·2n,①2Tn=22+2×23+3×24+…+n·2n+1,②①-②得,-Tn=2+22+23+…+2n-n·2n+1=eq \f(21-2n,1-2)-n·2n+1=2n+1-2-n·2n+1=(1-n)2n+1-2.所以Tn=(n-1)2n+1+2.
习题课 并项求和、错位相减法学习目标 1.熟练掌握等差与等比数列前n项和公式中各个符号的意义.2.根据数列的结构形式会用并项法和错位相减法求和.一、并项求和例1 已知数列an=(-1)nn,求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和Sn.解 方法一 若n是偶数,则Sn=(-1+2)+(-3+4)+(-5+6)+…+[-(n-1)+n]=eq \f(n,2).若n是奇数,则Sn=(-1+2)+(-3+4)+(-5+6)+…+(-n)=eq \f(n-1,2)-n=-eq \f(n+1,2).综上所述,Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(n,2),n为偶数,,-\f(n+1,2),n为奇数,))n∈N*.方法二 可采用分组求和(略).延伸探究 若an=(-1)nn2,求数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和Sn.解 若n是偶数,Sn=(-12+22)+(-32+42)+(-52+62)+…+[-(n-1)2+n2]=3+7+11+…+2n-1,共有eq \f(n,2)项,故Sn=eq \f(n,2)×3+eq \f(\f(n,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n,2)-1)),2)×4=eq \f(n2,2)+eq \f(n,2),若n是奇数,Sn=(-12+22)+(-32+42)+(-52+62)+…+(-n2)=3+7+11+…+(-n2),其中有前eq \f(n-1,2)是等差数列,故有Sn=eq \f(n-1,2)×3+eq \f(\f(n-1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n-1,2)-1)),2)×4-n2=-eq \f(n2,2)-eq \f(n,2),综上所述,Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(n2+n,2),n为偶数,,-\f(n2+n,2),n为奇数,))n∈N*.反思感悟 并项求和法适用的题型一般地,对于摆动数列适用于并项求和,此类问题需要对项数的奇偶性进行分类讨论,有些摆动型的数列也可采用分组求和.跟踪训练1 若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式是an=(-1)n+1·(3n-2),则a1+a2+…+a2 021等于( )A.-3 027 B.3 027 C.-3 031 D.3 031答案 D解析 S2 021=(1-4)+(7-10)+…+(6 055-6 058)+6 061=1 010×(-3)+6 061=3 031.二、错位相减法例2 求和:Sn=x+2x2+3x3+…+nxn(x≠0).解 当x=1时,Sn=1+2+3+…+n=eq \f(nn+1,2);当x≠1时,Sn=x+2x2+3x3+…+nxn,xSn=x2+2x3+3x4+…+(n-1)xn+nxn+1,∴(1-x)Sn=x+x2+x3+…+xn-nxn+1=eq \f(x1-xn,1-x)-nxn+1,∴Sn=eq \f(x1-xn,1-x2)-eq \f(nxn+1,1-x).综上可得,Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(nn+1,2),x=1,,\f(x1-xn,1-x2)-\f(nxn+1,1-x),x≠1且x≠0.))反思感悟 (1)一般地,如果数列{an}是等差数列,{bn}是等比数列,求数列{an·bn}的前n项和时,可采用错位相减法.(2)用错位相减法求和时,应注意:①要善于识别题目类型,特别是等比数列公比为负数的情形.②在写出“Sn”与“qSn”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”,以便于下一步准确地写出“Sn-qSn”的表达式.跟踪训练2 已知数列{an}的前n项和为Sn,数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是公差为1的等差数列,且a2=3.(1)求数列{an}的通项公式;(2)设bn=an·3n,求数列{bn}的前n项和Tn.解 (1)数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是公差为1的等差数列,∴eq \f(Sn,n)=a1+n-1,可得Sn=n(a1+n-1),∴a1+a2=2(a1+1),且a2=3.解得a1=1.∴Sn=n2.∴n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1(n=1时也成立).∴an=2n-1.(2)bn=an·3n=(2n-1)·3n,∴数列{bn}的前n项和Tn=3+3×32+5×33+…+(2n-1)×3n,∴3Tn=32+3×33+…+(2n-3)×3n+(2n-1)×3n+1,∴-2Tn=3+2×(32+33+…+3n)-(2n-1)×3n+1=3+2×eq \f(93n-1-1,3-1)-(2n-1)×3n+1,可得Tn=3+(n-1)×3n+1.1.知识清单:(1)并项求和.(2)错位相减法求和.2.方法归纳:公式法、错位相减法.3.常见误区:并项求和易忽略总项数的奇偶;错位相减法中要注意相减后的项数、符号及化简.1.已知在前n项和为Sn的数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))中,a1=1,an+1=-an-2,则S101等于( )A.-97 B.-98C.-99 D.-100答案 C解析 由an+1=-an-2,得an+an+1=-2,则S101=a1+(a2+a3)+…+(a100+a101)=1-2×50=-99.2.数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式为an=1+n2sin eq \f(nπ,2),前n项和为Sn,则S100等于( )A.50 B.-2 400 C.-4 900 D.-9 900答案 C解析 a1=1+12,a2=1,a3=1-32,a4=1,…,考虑到y=sin eq \f(nπ,2)的周期为4,所以S100=100+12-32+52-72+…+972-992=100-2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+3+5+7+…+99))=100-2×eq \f(1+99×50,2)=-4 900.3.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若S3=7,S6=63,则数列{nan}的前n项和为( )A.-3+(n+1)×2n B.3+(n+1)×2nC.1+(n+1)×2n D.1+(n-1)×2n答案 D解析 设等比数列{an}的公比为q,易知q≠1,所以由题设得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(S3=\f(a1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-q3)),1-q)=7,,S6=\f(a1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-q6)),1-q)=63,))两式相除得1+q3=9,解得q=2,进而可得a1=1,所以an=a1qn-1=2n-1,所以nan=n×2n-1.设数列{nan}的前n项和为Tn,则Tn=1×20+2×21+3×22+…+n×2n-1,2Tn=1×21+2×22+3×23+…+n×2n,两式作差得-Tn=1+2+22+…+2n-1-n×2n=eq \f(1-2n,1-2)-n×2n=-1+(1-n)×2n,故Tn=1+(n-1)×2n.4.计算1×eq \f(1,2)+2×eq \f(1,22)+3×eq \f(1,23)+…+9×eq \f(1,29)=__________.答案 eq \f(1 013,512)解析 S=1×eq \f(1,2)+2×eq \f(1,22)+3×eq \f(1,23)+…+9×eq \f(1,29),①eq \f(1,2)S=1×eq \f(1,22)+2×eq \f(1,23)+3×eq \f(1,24)+…+9×eq \f(1,210),②由①-②得,eq \f(1,2)S=eq \f(1,2)+eq \f(1,22)+eq \f(1,23)+…+eq \f(1,29)-9×eq \f(1,210)=eq \f(\f(1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,29))),1-\f(1,2))-9×eq \f(1,210)=1-eq \f(1,29)-9×eq \f(1,210)=1-eq \f(11,210)=eq \f(1 013,1 024),所以S=eq \f(1 013,512).课时对点练1.若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式是an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1))neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3n-1)),则a1+a2+…+a10等于( )A.15 B.12 C.-12 D.-15答案 A解析 因为an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1))neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3n-1)),所以a1+a2=-2+5=3,a3+a4=-8+11=3,a5+a6=-14+17=3,a7+a8=-20+23=3,a9+a10=-26+29=3,因此a1+a2+…+a10=3×5=15.2.已知数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))中,a1=1,an+an+1=3,Sn为其前n项和,则S2 021等于( )A.3 030 B.3 031 C.3 032 D.3 033答案 B解析 由题意a2=2,a3=1,a4=2…,故奇数项为1,偶数项为2,则S2 021=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a2 019+a2 020)+a2 021=3×1 010+1=3 031.3.数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))满足a1=1,a2=3,且an+1+2an+an-1=0(n≥2),则eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前2020项和为( )A.8 080 B.4 040 C.-4 040 D.0答案 B解析 由递推关系式可得a1+a2=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a2+a3)),a2+a3=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a3+a4)),所以a3+a4=a1+a2=4,同理可得a5+a6=a7+a8=…=a2 019+a2 020=4,所以S2 020=4×1 010=4 040.4.已知函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n))=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(n2,n为奇数,,-n2,n为偶数,))且an=f(n)+f(n+1),则a1+a2+a3+…+a100等于( )A.0 B.100 C.-100 D.10 200答案 B解析 ∵an=f(n)+f(n+1)∴由已知条件知,an=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(n2-n+12,n为奇数,,-n2+n+12,n为偶数,))即an=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+1)),n为奇数,,2n+1,n为偶数,))∴an=(-1)n·(2n+1),∴an+an+1=2(n是奇数),∴a1+a2+a3+…+a100=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a99+a100)=2+2+2+…+2=100.5.定义eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(x))表示不超过x的最大整数,如eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0.39))=0,eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1.28))=1.若数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式为an=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(log2n)),Sn为数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的前n项和,则S2 047等于( )A.211+2 B.3×211+2C.6×211+2 D.9×211+2答案 D解析 ∵n≥1,∴log2n≥0,当0≤log2n<1时,n=1,即a1=0(共1项);当1≤log2n<2时,n=2,3,即a2=a3=1(共2项);当2≤log2n<3时,n=4,5,6,7,即a4=a5=a6=a7=2(共4项);…当k≤log2n
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