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2020新课标高考数学二轮讲义:第二部分专题二第1讲 等差数列与等比数列
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第1讲 等差数列与等比数列
[做真题]
题型一 等差数列
1.(2019·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S4=0,a5=5,则( )
A.an=2n-5 B.an=3n-10
C.Sn=2n2-8n D.Sn=n2-2n
解析:选A.法一:设等差数列{an}的公差为d,
因为
所以
解得
所以an=a1+(n-1)d=-3+2(n-1)=2n-5,Sn=na1+d=n2-4n.故选A.
法二:设等差数列{an}的公差为d,
因为
所以
解得
选项A,a1=2×1-5=-3;
选项B,a1=3×1-10=-7,排除B;
选项C,S1=2-8=-6,排除C;
选项D,S1=-2=-,排除D.故选A.
2.(2018·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若3S3=S2+S4,a1=2,则a5=( )
A.-12 B.-10
C.10 D.12
解析:选B.设等差数列{an}的公差为d,因为3S3=S2+S4,所以3(3a1+d)=2a1+d+4a1+d,解得d=-a1,因为a1=2,所以d=-3,所以a5=a1+4d=2+4×(-3)=-10.故选B.
3.(2017·高考全国卷Ⅲ)等差数列{an}的首项为1,公差不为0.若a2,a3,a6成等比数列,则{an}前6项的和为( )
A.-24 B.-3
C.3 D.8
解析:选A.设等差数列{an}的公差为d,因为a2,a3,a6成等比数列,所以a2a6=a,即(a1+d)(a1+5d)=(a1+2d)2,又a1=1,所以d2+2d=0,又d≠0,则d=-2,所以a6=a1+5d=-9,所以{an}前6项的和S6=×6=-24,故选A.
4.(2019·高考全国卷Ⅲ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a1≠0,a2=3a1,则=________.
解析:设等差数列{an}的公差为d,由a2=3a1,即a1+d=3a1,得d=2a1,
所以====4.
答案:4
题型二 等比数列
1.(2019·高考全国卷Ⅲ)已知各项均为正数的等比数列{an}的前4项和为15,且a5=3a3+4a1,则a3=( )
A.16 B.8
C.4 D.2
解析:选C.设等比数列{an}的公比为q,由a5=3a3+4a1得q4=3q2+4,得q2=4,因为数列{an}的各项均为正数,所以q=2,又a1+a2+a3+a4=a1(1+q+q2+q3)=a1(1+2+4+8)=15,所以a1=1,所以a3=a1q2=4.
2.(2017·高考全国卷Ⅱ)我国古代数学名著《算法统宗》中有如下问题:“远望巍巍塔七层,红光点点倍加增,共灯三百八十一,请问尖头几盏灯?”意思是:一座7层塔共挂了381盏灯,且相邻两层中的下一层灯数是上一层灯数的2倍,则塔的顶层共有灯( )
A.1盏 B.3盏
C.5盏 D.9盏
解析:选B.每层塔所挂的灯数从上到下构成等比数列,记为{an},则前7项的和S7=381,公比q=2,依题意,得S7==381,解得a1=3,故选B.
3.(2019·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等比数列{an}的前n项和.若a1=,a=a6,则S5=________.
解析:通解:设等比数列{an}的公比为q,因为a=a6,所以(a1q3)2=a1q5,所以a1q=1,又a1=,所以q=3,所以S5===.
优解:设等比数列{an}的公比为q,因为a=a6,所以a2a6=a6,所以a2=1,又a1=,所以q=3,所以S5===.
答案:
4.(2018·高考全国卷Ⅲ)等比数列{an}中,a1=1,a5=4a3.
(1)求{an}的通项公式;
(2)记Sn为{an}的前n项和.若Sm=63,求m.
解:(1)设{an}的公比为q,由题设得an=qn-1.
由已知得q4=4q2,解得q=0(舍去),q=-2或q=2.
故an=(-2)n-1或an=2n-1.
(2)若an=(-2)n-1,则Sn=.
由Sm=63得(-2)m=-188,此方程没有正整数解.
若an=2n-1,则Sn=2n-1.
由Sm=63得2m=64,解得m=6.
综上,m=6.
题型三 等差、等比数列的判定与证明
(2019·高考全国卷Ⅱ)已知数列{an}和{bn}满足a1=1,b1=0,4an+1=3an-bn+4,4bn+1=3bn-an-4.
(1)证明:{an+bn}是等比数列,{an-bn}是等差数列;
(2)求{an}和{bn}的通项公式.
解:(1)证明:由题设得4(an+1+bn+1)=2(an+bn),即an+1+bn+1=(an+bn).
又因为a1+b1=1,所以{an+bn}是首项为1,公比为的等比数列.
由题设得4(an+1-bn+1)=4(an-bn)+8,即an+1-bn+1=an-bn+2.
又因为a1-b1=1,所以{an-bn}是首项为1,公差为2的等差数列.
(2)由(1)知,an+bn=,an-bn=2n-1.
所以an=[(an+bn)+(an-bn)]=+n-,
bn=[(an+bn)-(an-bn)]=-n+.
[山东省学习指导意见]
1.数列的概念和简单表示法
了解数列的概念和几种简单的表示方法(列表、图象、通项公式),了解数列是一种特殊函数.
2.等差数列、等比数列
(1)理解等差数列、等比数列的概念.
(2)掌握等差数列、等比数列的通项公式与前n项和的公式.
等差、等比数列的基本运算
[典型例题]
(1)已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=1,=,则数列{an}的公比q为( )
A.4 B.2
C. D.
(2)(2019·开封模拟)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,等比数列{bn}的前n项和为Tn,a1=-1,b1=1,a2+b2=3.
①若a3+b3=7,求{bn}的通项公式;
②若T3=13,求Sn.
【解】 (1)选C.因为=≠2,所以q≠1.所以==1+q5,所以1+q5=,所以q=.
(2)①设数列{an}的公差为d,数列{bn}的公比为q,
则an=-1+(n-1)d,bn=qn-1.
由a2+b2=3,得d+q=4,(*)
由a3+b3=7,得2d+q2=8,(**)
联立(*)(**),解得q=2或q=0(舍去),
因此数列{bn}的通项公式为bn=2n-1.
②因为T3=1+q+q2,所以1+q+q2=13,
解得q=3或q=-4,
由a2+b2=3,得d=4-q,所以d=1或d=8.
由Sn=na1+n(n-1)d,
得Sn=n2-n或Sn=4n2-5n.
等差、等比数列问题的求解策略
(1)抓住基本量,首项a1、公差d或公比q;
(2)熟悉一些结构特征,如前n项和为Sn=an2+bn(a,b是常数)的形式的数列为等差数列,通项公式为an=p·qn-1(p,q≠0)的形式的数列为等比数列;
(3)由于等比数列的通项公式、前n项和公式中变量n在指数位置,所以常采用两式相除(即比值的方式)进行相关计算.
[对点训练]
1.(多选)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,a2=2,且对于任意n>1,n∈N*,满足Sn+1+Sn-1=2(Sn+1),则( )
A.a9=17 B.a10=18
C.S9=81 D.S10=91
解析:选BD.因为对于任意n>1,n∈N*,满足Sn+1+Sn-1=2(Sn+1),所以Sn-1-Sn=Sn-Sn-1+2,所以an+1-an=2.所以数列{an}在n≥2时是等差数列,公差为2,又a1=1,a2=2,则a9=2+7×2=16,a10=2+8×2=18,S9=1+8×2+×2=73,S10=1+9×2+×2=91.故选BD.
2.(一题多题)(2019·福州市质量检测)等比数列{an}的各项均为正实数,其前n项和为Sn.若a3=4,a2a6=64,则S5=( )
A.32 B.31
C.64 D.63
解析:选B.通解:设首项为a1,公比为q,因为an>0,所以q>0,由条件得,解得,所以S5=31,故选B.
优解:设首项为a1,公比为q,因为an>0,所以q>0,由a2a6=a=64,a3=4,得q=2,a1=1,所以S5=31,故选B.
3.(2019·武昌区调研考试)设{an}是公差不为零的等差数列,Sn为其前n项和,已知S1,S2,S4成等比数列,且a3=5,则数列{an}的通项公式为________.
解析:设数列{an}的公差为d(d≠0),因为{an}是等差数列,S1,S2,S4成等比数列,所以(a1+a2)2=a1(a1+a2+a3+a4),因为a3=5,所以(5-2d+5-d)2=(5-2d)(5-2d+15),解得d=2或d=0(舍去),所以5=a1+(3-1)×2,即a1=1,所以an=2n-1.
答案:an=2n-1
等差(比)数列的性质
[典型例题]
(1)在等比数列{an}中,a3,a15是方程x2+6x+2=0的根,则的值为( )
A.- B.-
C. D.-或
(2)(2019·长春质量检测)设Sn是等差数列{an}的前n项和,若S4≠0,且S8=3S4,S12=λS8,则λ=( )
A. B.
C.2 D.3
(3)(2019·福建漳州质检改编)若Sn是等差数列{an}的前n项和,且a2+a9+a19=6,则a10=________,S19=________.
【解析】 (1)设等比数列{an}的公比为q,因为a3,a15是方程x2+6x+2=0的根,所以a3·a15=a=2,a3+a15=-6,所以a3<0,a15<0,则a9=-,所以==a9=-,故选B.
(2)因为Sn是等差数列{an}的前n项和,
若S4≠0,且S8=3S4,S12=λS8,
所以由等差数列的性质得:S4,S8-S4,S12-S8成等差数列,
所以2(S8-S4)=S4+(S12-S8),
所以2(3S4-S4)=S4+(λ·3S4-3S4),
解得λ=2.
(3)设等差数列{an}的首项为a1,公差为d.由等差数列的通项公式可得a2+a9+a19=3(a1+9d)=3a10=6,所以a10=2,由等差数列前n项和公式可得S19==19a10=38.
【答案】 (1)B (2)C (3)2 38
等差、等比数列性质问题的求解策略
抓关系
抓住项与项之间的关系及项的序号之间的关系,从这些特点入手选择恰当的性质进行求解
用性质
数列是一种特殊的函数,具有函数的一些性质,如单调性、周期性等,可利用函数的性质解题
[对点训练]
1.(一题多解)(2019·福建省质量检查)等差数列{an}的前n项和为Sn,且a8-a5=9,S8-S5=66,则a33=( )
A.82 B.97
C.100 D.115
解析:选C.通解:设等差数列{an}的公差为d,则由得解得所以a33=a1+32d=4+32×3=100,故选C.
优解:设等差数列{an}的公差为d,由a8-a5=9,得3d=9,即d=3.由S8-S5=66,得a6+a7+a8=66,结合等差数列的性质知3a7=66,即a7=22,所以a33=a7+(33-7)×d=22+26×3=100,故选C.
2.(一题多解)(2019·广东省七校联考)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,a6+a8=6,S9-S6=3,则Sn取得最大值时n的值为( )
A.5 B.6
C.7 D.8
解析:选D.法一:设{an}的公差为d,则由题意得,解得所以an=-2n+17,由于a8>0,a9<0,所以Sn取得最大值时n的值是8,故选D.
法二:设{an}的公差为d,则由题意得,解得则Sn=15n+×(-2)=-(n-8)2+64,所以当n=8时,Sn取得最大值,故选D.
3.(水浒原创)已知数列{an}的前n项和为Sn,且a1=1.
(1)从下列给出的两个条件中取一个作已知条件,求数列{an}的通项公式an;
①=+1(n≥2,n∈N),②an=+(n∈N,且n≥2);
(2)在条件(1)下,记bn=,Tn为{bn}的前n项和,求使Tn≥成立的n的最小值.
解:(1)若选取①,由已知得-=1(n≥2,n∈N),所以数列{}为等差数列,又==1,所以=n,即Sn=n2.当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1.
又a1=1也满足上式,所以数列{an}的通项公式为an=2n-1.
若选取②,在数列{an}中,an=Sn-Sn-1(n≥2) ①,
因为an=+ ②,
且an>0,所以①÷②得-=1(n≥2).
所以数列{}是以==1为首项,公差为1的等差数列,
所以=1+(n-1)×1=n,所以Sn=n2.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1,
当n=1时,a1=1,也满足上式,
所以数列{an}的通项公式为an=2n-1.
(2)由(1)知bn==,
所以Tn===.
由Tn≥得n2≥4n+2,即(n-2)2≥6,所以n≥5,
所以n的最小值为5.
等差(比)数列的判定与证明
[典型例题]
(2019·广州市调研测试)设Sn为数列{an}的前n项和,已知a3=7,an=2an-1+a2-2(n≥2).
(1)证明:数列{an+1}为等比数列;
(2)求数列{an}的通项公式,并判断n,an,Sn是否成等差数列?
【解】 (1)证明:因为a3=7,a3=3a2-2,所以a2=3,
所以an=2an-1+1,
所以a1=1,
==2(n≥2),
所以数列{an+1}是首项为a1+1=2,公比为2的等比数列.
(2)由(1)知,an+1=2n,
所以an=2n-1,
所以Sn=-n=2n+1-n-2,
所以n+Sn-2an=n+(2n+1-n-2)-2(2n-1)=0,
所以n+Sn=2an,
即n,an,Sn成等差数列.
判断(证明)等差(比)数列应注意的问题
(1)判断或者证明数列为等差数列、等比数列最基本的方法是用定义判断或证明,其他方法最后都会回到定义,如证明等差数列可以证明通项公式是n的一次函数,但最后还得使用定义才能说明其为等差数列.
(2)证明数列{an}为等比数列时,不能仅仅证明an+1=qan,还要说明a1≠0,才能递推得出数列中的各项均不为零,最后判定数列{an}为等比数列.
[对点训练]
1.(2019·湖南省湘东六校联考)已知数列{an}满足an+1-3an=3n(n∈N*)且a1=1.
(1)设bn=,证明数列{bn}为等差数列;
(2)设cn=,求数列{cn}的前n项和Sn.
解:(1)证明:由已知得an+1=3an+3n,得bn+1===+1=bn+1,
所以bn+1-bn=1,又a1=1,所以b1=1,
所以数列{bn}是首项为1,公差为1的等差数列.
(2)由(1)知,bn==n,所以an=n·3n-1,cn=,
所以Sn===-.
2.设Sn为数列{an}的前n项和,对任意的n∈N*,都有Sn=2-an,数列{bn}满足b1=2a1,bn=(n≥2,n∈N*).
(1)求证:数列{an}是等比数列,并求{an}的通项公式;
(2)判断数列{}是等差数列还是等比数列,并求数列{bn}的通项公式.
解:(1)当n=1时,a1=S1=2-a1,解得a1=1;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=an-1-an,即=(n≥2,n∈N*).
所以数列{an}是首项为1,公比为的等比数列,
故数列{an}的通项公式为an=.
(2)因为a1=1,所以b1=2a1=2.
因为bn=,
所以=+1,
即-=1(n≥2).
所以数列{}是首项为,
公差为1的等差数列.
所以=+(n-1)·1=,
故数列{bn}的通项公式为bn=.
数列与新定义相交汇问题
[典型例题]
对任一实数序列A=(a1,a2,a3,…),定义新序列ΔA=(a2-a1,a3-a2,a4-a3,…),它的第n项为an+1-an.假定序列Δ(ΔA)的所有项都是1,且a12=a22=0,则a2=________.
【解析】 令bn=an+1-an,依题意知数列{bn}为等差数列,且公差为1,所以bn=b1+(n-1)×1,
a1=a1,
a2-a1=b1,
a3-a2=b2,
…
an-an-1=bn-1,
累加得an=a1+b1+…+bn-1=a1+(n-1)b1+=(n-1)a2-(n-2)a1+,
分别令n=12,n=22,
得
解得a1=,a2=100.
【答案】 100
数列新定义型创新题的一般解题思路
(1)阅读审清“新定义”.
(2)结合常规的等差数列、等比数列的相关知识,化归、转化到“新定义”的相关知识.
(3)利用“新定义”及常规的数列知识,求解证明相关结论.
[对点训练]
1.对于数列{an},定义数列{an+1-an}为数列{an}的“差数列”,若a1=2,数列{an}的“差数列”的通项公式为an+1-an=2n,则数列{an}的前n项和Sn=( )
A.2 B.2n
C.2n+1-2 D.2n-1-2
解析:选C.因为an+1-an=2n,所以an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=2n-1+2n-2+…+22+2+2=+2=2n-2+2=2n,所以Sn==2n+1-2.
2.(2019·福建五校第二次联考)在数列{an}中,a1=,=,n∈N+,且bn=.记Pn=b1×b2×…×bn,Sn=b1+b2+…+bn,则3n+1Pn+Sn=________.
解析:因为==-,所以bn==-,所以Sn=b1+b2+…+bn=++…+=-.因为=,所以bn==,所以Pn=b1×b2×…×bn=××…×=.又a1=,故3n+1Pn+Sn=+-==3.
答案:3
一、选择题
1.(2019·福州市质量检测)已知数列{an}中,a3=2,a7=1.若数列为等差数列,则a9=( )
A. B.
C. D.-
解析:选C.因为数列为等差数列,a3=2,a7=1,
所以数列的公差d===,所以=+(9-7)×=,所以a9=,故选C.
2.(一题多解)已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若S2=2,S3=-6,则S5=( )
A.18 B.10
C.-14 D.-22
解析:选D.法一:设等比数列{an}的公比为q,由题意,得,解得,所以S5==-22,故选D.
法二:设等比数列{an}的公比为q,易知q≠1,令A=,则Sn=Aqn-A,,解得,所以Sn=[(-2)n-1],所以S5=×[(-2)5-1]=-22,故选D.
3.已知数列{an}是等比数列,数列{bn}是等差数列,若a1·a6·a11=-3,b1+b6+b11=7π,则tan 的值是 ( )
A.- B.-1
C.- D.
解析:选A.依题意得,a=(-)3,3b6=7π,所以a6=-,b6=,所以==-,故tan=tan=tan=-tan=-,故选A.
4.(一题多解)(2019·合肥市第一次质量检测)已知正项等差数列{an}的前n项和为Sn(n∈N*),a5+a7-a=0,则S11的值为( )
A.11 B.12
C.20 D.22
解析:选D.通解:设等差数列{an}的公差为d(d>0),则由(a1+4d)+(a1+6d)-(a1+5d)2=0,得(a1+5d)(a1+5d-2)=0,所以a1+5d=0或a1+5d=2,又a1>0,所以a1+5d>0,则a1+5d=2,则S11=11a1+d=11(a1+5d)=11×2=22,故选D.
优解:因为{an}为正项等差数列,所以由等差数列的性质,并结合a5+a7-a=0,得2a6-a=0,a6=2,则S11===11a6=22,故选D.
5.等差数列{an}中,已知|a6|=|a11|,且公差d>0,则其前n项和取最小值时n的值为( )
A.6 B.7
C.8 D.9
解析:选C.由d>0可得等差数列{an}是递增数列,又|a6|=|a11|,所以-a6=a11,即-a1-5d=a1+10d,所以a1=-,则a8=-<0,a9=>0,所以前8项和为前n项和的最小值,故选C.
6.(多选)已知数列{an}是等比数列,则下列命题正确的是( )
A.数列{|an|}是等比数列
B.数列{anan+1}是等比数列
C.数列是等比数列
D.数列{lg a}是等比数列
解析:选ABC.因为数列{an}是等比数列,所以=q.对于A,==|q|,所以数列{|an|}是等比数列,A正确;对于B,=q2,所以数列{anan+1}是等比数列,B正确;对于C,==,所以数列是等比数列,C正确;对于D,==,不一定是常数,所以D错误.
二、填空题
7.(2019·贵阳市第一学期监测)已知数列{an}中,a1=3,a2=7.当n∈N*时,an+2是乘积an·an+1的个位数,则a2 019=________.
解析:a1=3,a2=7,a1a2=21,a3=1,a2a3=7,a4=7,a3a4=7,a5=7,a4a5=49,a6=9,a5a6=63,a7=3,a6a7=27,a8=7,a7a8=21,a9=1,a8a9=7,所以数列{an}是周期为6的数列,又2 019=6×336+3,所以a2 019=a3=1.
答案:1
8.在数列{an}中,n∈N*,若=k(k为常数),则称{an}为“等差比数列”,下列是对“等差比数列”的判断:
①k不可能为0;
②等差数列一定是“等差比数列”;
③等比数列一定是“等差比数列”;
④“等差比数列”中可以有无数项为0.
其中所有正确判断的序号是________.
解析:由等差比数列的定义可知,k不为0,所以①正确,当等差数列的公差为0,即等差数列为常数列时,等差数列不是等差比数列,所以②错误;当{an}是等比数列,且公比q=1时,{an}不是等差比数列,所以③错误;数列0,1,0,1,…是等差比数列,该数列中有无数多个0,所以④正确.
答案:①④
9.(2019·洛阳尖子生第二次联考)已知函数f(x)=,g(x)=f(x-1)+1,则g(x)的图象关于________对称,若an=g+g+g+…+g(n∈N*),则数列{an}的通项公式为________.
解析:因为f(x)=,所以f(-x)===-f(x),所以函数f(x)为奇函数.因为g(x)=f(x-1)+1,所以g(x)的图象关于点(1,1)对称,若x1+x2=2,则有g(x1)+g(x2)=2,所以an=g+g+g+…+g=2(n-1)+g(1)=2n-2+f(0)+1=2n-1,即an=2n-1,故数列{an}的通项公式为an=2n-1.
答案:(1,1) an=2n-1
三、解答题
10.(2019·昆明市诊断测试)已知数列{an}是等比数列,公比q<1,若a2=2,a1+a2+a3=7.
(1)求{an}的通项公式;
(2)设bn=log2an,求数列{bn}的前n项和.
解:(1)由已知得,
则或(舍去).
所以an=4×=23-n.
(2)因为bn=log2an=log223-n=3-n,所以数列{bn}是首项为2,公差为-1的等差数列.
设数列{bn}的前n项和为Tn,
则Tn==.
11.(2019·武汉调研)已知等差数列{an}前三项的和为-9,前三项的积为-15.
(1)求等差数列{an}的通项公式;
(2)若{an}为递增数列,求数列{|an|}的前n项和Sn.
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,则依题意得a2=-3,则a1=-3-d,a3=-3+d,
所以(-3-d)(-3)(-3+d)=-15,得d2=4,d=±2,
所以an=-2n+1或an=2n-7.
(2)由题意得an=2n-7,所以|an|=,
①n≤3时,Sn=-(a1+a2+…+an)=n=6n-n2;
②n≥4时,Sn=-a1-a2-a3+a4+…+an=-2(a1+a2+a3)+(a1+a2+…+an)=18-6n+n2.
综上,数列{|an|}的前n项和Sn=.
12.(2019·湖北仙桃、天门、潜江期末)已知数列{an}满足a1=2,(n+2)an=(n+1)an+1-2(n2+3n+2),设bn=.
(1)求b1,b2,b3;
(2)判断数列{bn}是否为等差数列,并说明理由;
(3)求数列{an}的通项公式.
解:(1)因为数列{an}满足(n+2)an=(n+1)an+1-2(n2+3n+2),所以将n=1代入得3a1=2a2-12.又a1=2,所以a2=9.将n=2代入得4a2=3a3-24,所以a3=20.从而b1=1,b2=3,b3=5.
(2)数列{bn}是以1为首项,2为公差的等差数列.理由如下:
将(n+2)an=(n+1)an+1-2(n2+3n+2)两边同时除以
(n+1)(n+2)可得
=,
化简可得-=2,即bn+1-bn=2,
所以数列{bn}是以1为首项,2为公差的等差数列.
(3)由(2)可得bn=1+2(n-1)=2n-1,
所以an=(n+1)bn=(n+1)·(2n-1)=2n2+n-1.
第1讲 等差数列与等比数列
[做真题]
题型一 等差数列
1.(2019·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S4=0,a5=5,则( )
A.an=2n-5 B.an=3n-10
C.Sn=2n2-8n D.Sn=n2-2n
解析:选A.法一:设等差数列{an}的公差为d,
因为
所以
解得
所以an=a1+(n-1)d=-3+2(n-1)=2n-5,Sn=na1+d=n2-4n.故选A.
法二:设等差数列{an}的公差为d,
因为
所以
解得
选项A,a1=2×1-5=-3;
选项B,a1=3×1-10=-7,排除B;
选项C,S1=2-8=-6,排除C;
选项D,S1=-2=-,排除D.故选A.
2.(2018·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若3S3=S2+S4,a1=2,则a5=( )
A.-12 B.-10
C.10 D.12
解析:选B.设等差数列{an}的公差为d,因为3S3=S2+S4,所以3(3a1+d)=2a1+d+4a1+d,解得d=-a1,因为a1=2,所以d=-3,所以a5=a1+4d=2+4×(-3)=-10.故选B.
3.(2017·高考全国卷Ⅲ)等差数列{an}的首项为1,公差不为0.若a2,a3,a6成等比数列,则{an}前6项的和为( )
A.-24 B.-3
C.3 D.8
解析:选A.设等差数列{an}的公差为d,因为a2,a3,a6成等比数列,所以a2a6=a,即(a1+d)(a1+5d)=(a1+2d)2,又a1=1,所以d2+2d=0,又d≠0,则d=-2,所以a6=a1+5d=-9,所以{an}前6项的和S6=×6=-24,故选A.
4.(2019·高考全国卷Ⅲ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a1≠0,a2=3a1,则=________.
解析:设等差数列{an}的公差为d,由a2=3a1,即a1+d=3a1,得d=2a1,
所以====4.
答案:4
题型二 等比数列
1.(2019·高考全国卷Ⅲ)已知各项均为正数的等比数列{an}的前4项和为15,且a5=3a3+4a1,则a3=( )
A.16 B.8
C.4 D.2
解析:选C.设等比数列{an}的公比为q,由a5=3a3+4a1得q4=3q2+4,得q2=4,因为数列{an}的各项均为正数,所以q=2,又a1+a2+a3+a4=a1(1+q+q2+q3)=a1(1+2+4+8)=15,所以a1=1,所以a3=a1q2=4.
2.(2017·高考全国卷Ⅱ)我国古代数学名著《算法统宗》中有如下问题:“远望巍巍塔七层,红光点点倍加增,共灯三百八十一,请问尖头几盏灯?”意思是:一座7层塔共挂了381盏灯,且相邻两层中的下一层灯数是上一层灯数的2倍,则塔的顶层共有灯( )
A.1盏 B.3盏
C.5盏 D.9盏
解析:选B.每层塔所挂的灯数从上到下构成等比数列,记为{an},则前7项的和S7=381,公比q=2,依题意,得S7==381,解得a1=3,故选B.
3.(2019·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等比数列{an}的前n项和.若a1=,a=a6,则S5=________.
解析:通解:设等比数列{an}的公比为q,因为a=a6,所以(a1q3)2=a1q5,所以a1q=1,又a1=,所以q=3,所以S5===.
优解:设等比数列{an}的公比为q,因为a=a6,所以a2a6=a6,所以a2=1,又a1=,所以q=3,所以S5===.
答案:
4.(2018·高考全国卷Ⅲ)等比数列{an}中,a1=1,a5=4a3.
(1)求{an}的通项公式;
(2)记Sn为{an}的前n项和.若Sm=63,求m.
解:(1)设{an}的公比为q,由题设得an=qn-1.
由已知得q4=4q2,解得q=0(舍去),q=-2或q=2.
故an=(-2)n-1或an=2n-1.
(2)若an=(-2)n-1,则Sn=.
由Sm=63得(-2)m=-188,此方程没有正整数解.
若an=2n-1,则Sn=2n-1.
由Sm=63得2m=64,解得m=6.
综上,m=6.
题型三 等差、等比数列的判定与证明
(2019·高考全国卷Ⅱ)已知数列{an}和{bn}满足a1=1,b1=0,4an+1=3an-bn+4,4bn+1=3bn-an-4.
(1)证明:{an+bn}是等比数列,{an-bn}是等差数列;
(2)求{an}和{bn}的通项公式.
解:(1)证明:由题设得4(an+1+bn+1)=2(an+bn),即an+1+bn+1=(an+bn).
又因为a1+b1=1,所以{an+bn}是首项为1,公比为的等比数列.
由题设得4(an+1-bn+1)=4(an-bn)+8,即an+1-bn+1=an-bn+2.
又因为a1-b1=1,所以{an-bn}是首项为1,公差为2的等差数列.
(2)由(1)知,an+bn=,an-bn=2n-1.
所以an=[(an+bn)+(an-bn)]=+n-,
bn=[(an+bn)-(an-bn)]=-n+.
[山东省学习指导意见]
1.数列的概念和简单表示法
了解数列的概念和几种简单的表示方法(列表、图象、通项公式),了解数列是一种特殊函数.
2.等差数列、等比数列
(1)理解等差数列、等比数列的概念.
(2)掌握等差数列、等比数列的通项公式与前n项和的公式.
等差、等比数列的基本运算
[典型例题]
(1)已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=1,=,则数列{an}的公比q为( )
A.4 B.2
C. D.
(2)(2019·开封模拟)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,等比数列{bn}的前n项和为Tn,a1=-1,b1=1,a2+b2=3.
①若a3+b3=7,求{bn}的通项公式;
②若T3=13,求Sn.
【解】 (1)选C.因为=≠2,所以q≠1.所以==1+q5,所以1+q5=,所以q=.
(2)①设数列{an}的公差为d,数列{bn}的公比为q,
则an=-1+(n-1)d,bn=qn-1.
由a2+b2=3,得d+q=4,(*)
由a3+b3=7,得2d+q2=8,(**)
联立(*)(**),解得q=2或q=0(舍去),
因此数列{bn}的通项公式为bn=2n-1.
②因为T3=1+q+q2,所以1+q+q2=13,
解得q=3或q=-4,
由a2+b2=3,得d=4-q,所以d=1或d=8.
由Sn=na1+n(n-1)d,
得Sn=n2-n或Sn=4n2-5n.
等差、等比数列问题的求解策略
(1)抓住基本量,首项a1、公差d或公比q;
(2)熟悉一些结构特征,如前n项和为Sn=an2+bn(a,b是常数)的形式的数列为等差数列,通项公式为an=p·qn-1(p,q≠0)的形式的数列为等比数列;
(3)由于等比数列的通项公式、前n项和公式中变量n在指数位置,所以常采用两式相除(即比值的方式)进行相关计算.
[对点训练]
1.(多选)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,a2=2,且对于任意n>1,n∈N*,满足Sn+1+Sn-1=2(Sn+1),则( )
A.a9=17 B.a10=18
C.S9=81 D.S10=91
解析:选BD.因为对于任意n>1,n∈N*,满足Sn+1+Sn-1=2(Sn+1),所以Sn-1-Sn=Sn-Sn-1+2,所以an+1-an=2.所以数列{an}在n≥2时是等差数列,公差为2,又a1=1,a2=2,则a9=2+7×2=16,a10=2+8×2=18,S9=1+8×2+×2=73,S10=1+9×2+×2=91.故选BD.
2.(一题多题)(2019·福州市质量检测)等比数列{an}的各项均为正实数,其前n项和为Sn.若a3=4,a2a6=64,则S5=( )
A.32 B.31
C.64 D.63
解析:选B.通解:设首项为a1,公比为q,因为an>0,所以q>0,由条件得,解得,所以S5=31,故选B.
优解:设首项为a1,公比为q,因为an>0,所以q>0,由a2a6=a=64,a3=4,得q=2,a1=1,所以S5=31,故选B.
3.(2019·武昌区调研考试)设{an}是公差不为零的等差数列,Sn为其前n项和,已知S1,S2,S4成等比数列,且a3=5,则数列{an}的通项公式为________.
解析:设数列{an}的公差为d(d≠0),因为{an}是等差数列,S1,S2,S4成等比数列,所以(a1+a2)2=a1(a1+a2+a3+a4),因为a3=5,所以(5-2d+5-d)2=(5-2d)(5-2d+15),解得d=2或d=0(舍去),所以5=a1+(3-1)×2,即a1=1,所以an=2n-1.
答案:an=2n-1
等差(比)数列的性质
[典型例题]
(1)在等比数列{an}中,a3,a15是方程x2+6x+2=0的根,则的值为( )
A.- B.-
C. D.-或
(2)(2019·长春质量检测)设Sn是等差数列{an}的前n项和,若S4≠0,且S8=3S4,S12=λS8,则λ=( )
A. B.
C.2 D.3
(3)(2019·福建漳州质检改编)若Sn是等差数列{an}的前n项和,且a2+a9+a19=6,则a10=________,S19=________.
【解析】 (1)设等比数列{an}的公比为q,因为a3,a15是方程x2+6x+2=0的根,所以a3·a15=a=2,a3+a15=-6,所以a3<0,a15<0,则a9=-,所以==a9=-,故选B.
(2)因为Sn是等差数列{an}的前n项和,
若S4≠0,且S8=3S4,S12=λS8,
所以由等差数列的性质得:S4,S8-S4,S12-S8成等差数列,
所以2(S8-S4)=S4+(S12-S8),
所以2(3S4-S4)=S4+(λ·3S4-3S4),
解得λ=2.
(3)设等差数列{an}的首项为a1,公差为d.由等差数列的通项公式可得a2+a9+a19=3(a1+9d)=3a10=6,所以a10=2,由等差数列前n项和公式可得S19==19a10=38.
【答案】 (1)B (2)C (3)2 38
等差、等比数列性质问题的求解策略
抓关系
抓住项与项之间的关系及项的序号之间的关系,从这些特点入手选择恰当的性质进行求解
用性质
数列是一种特殊的函数,具有函数的一些性质,如单调性、周期性等,可利用函数的性质解题
[对点训练]
1.(一题多解)(2019·福建省质量检查)等差数列{an}的前n项和为Sn,且a8-a5=9,S8-S5=66,则a33=( )
A.82 B.97
C.100 D.115
解析:选C.通解:设等差数列{an}的公差为d,则由得解得所以a33=a1+32d=4+32×3=100,故选C.
优解:设等差数列{an}的公差为d,由a8-a5=9,得3d=9,即d=3.由S8-S5=66,得a6+a7+a8=66,结合等差数列的性质知3a7=66,即a7=22,所以a33=a7+(33-7)×d=22+26×3=100,故选C.
2.(一题多解)(2019·广东省七校联考)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,a6+a8=6,S9-S6=3,则Sn取得最大值时n的值为( )
A.5 B.6
C.7 D.8
解析:选D.法一:设{an}的公差为d,则由题意得,解得所以an=-2n+17,由于a8>0,a9<0,所以Sn取得最大值时n的值是8,故选D.
法二:设{an}的公差为d,则由题意得,解得则Sn=15n+×(-2)=-(n-8)2+64,所以当n=8时,Sn取得最大值,故选D.
3.(水浒原创)已知数列{an}的前n项和为Sn,且a1=1.
(1)从下列给出的两个条件中取一个作已知条件,求数列{an}的通项公式an;
①=+1(n≥2,n∈N),②an=+(n∈N,且n≥2);
(2)在条件(1)下,记bn=,Tn为{bn}的前n项和,求使Tn≥成立的n的最小值.
解:(1)若选取①,由已知得-=1(n≥2,n∈N),所以数列{}为等差数列,又==1,所以=n,即Sn=n2.当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1.
又a1=1也满足上式,所以数列{an}的通项公式为an=2n-1.
若选取②,在数列{an}中,an=Sn-Sn-1(n≥2) ①,
因为an=+ ②,
且an>0,所以①÷②得-=1(n≥2).
所以数列{}是以==1为首项,公差为1的等差数列,
所以=1+(n-1)×1=n,所以Sn=n2.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1,
当n=1时,a1=1,也满足上式,
所以数列{an}的通项公式为an=2n-1.
(2)由(1)知bn==,
所以Tn===.
由Tn≥得n2≥4n+2,即(n-2)2≥6,所以n≥5,
所以n的最小值为5.
等差(比)数列的判定与证明
[典型例题]
(2019·广州市调研测试)设Sn为数列{an}的前n项和,已知a3=7,an=2an-1+a2-2(n≥2).
(1)证明:数列{an+1}为等比数列;
(2)求数列{an}的通项公式,并判断n,an,Sn是否成等差数列?
【解】 (1)证明:因为a3=7,a3=3a2-2,所以a2=3,
所以an=2an-1+1,
所以a1=1,
==2(n≥2),
所以数列{an+1}是首项为a1+1=2,公比为2的等比数列.
(2)由(1)知,an+1=2n,
所以an=2n-1,
所以Sn=-n=2n+1-n-2,
所以n+Sn-2an=n+(2n+1-n-2)-2(2n-1)=0,
所以n+Sn=2an,
即n,an,Sn成等差数列.
判断(证明)等差(比)数列应注意的问题
(1)判断或者证明数列为等差数列、等比数列最基本的方法是用定义判断或证明,其他方法最后都会回到定义,如证明等差数列可以证明通项公式是n的一次函数,但最后还得使用定义才能说明其为等差数列.
(2)证明数列{an}为等比数列时,不能仅仅证明an+1=qan,还要说明a1≠0,才能递推得出数列中的各项均不为零,最后判定数列{an}为等比数列.
[对点训练]
1.(2019·湖南省湘东六校联考)已知数列{an}满足an+1-3an=3n(n∈N*)且a1=1.
(1)设bn=,证明数列{bn}为等差数列;
(2)设cn=,求数列{cn}的前n项和Sn.
解:(1)证明:由已知得an+1=3an+3n,得bn+1===+1=bn+1,
所以bn+1-bn=1,又a1=1,所以b1=1,
所以数列{bn}是首项为1,公差为1的等差数列.
(2)由(1)知,bn==n,所以an=n·3n-1,cn=,
所以Sn===-.
2.设Sn为数列{an}的前n项和,对任意的n∈N*,都有Sn=2-an,数列{bn}满足b1=2a1,bn=(n≥2,n∈N*).
(1)求证:数列{an}是等比数列,并求{an}的通项公式;
(2)判断数列{}是等差数列还是等比数列,并求数列{bn}的通项公式.
解:(1)当n=1时,a1=S1=2-a1,解得a1=1;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=an-1-an,即=(n≥2,n∈N*).
所以数列{an}是首项为1,公比为的等比数列,
故数列{an}的通项公式为an=.
(2)因为a1=1,所以b1=2a1=2.
因为bn=,
所以=+1,
即-=1(n≥2).
所以数列{}是首项为,
公差为1的等差数列.
所以=+(n-1)·1=,
故数列{bn}的通项公式为bn=.
数列与新定义相交汇问题
[典型例题]
对任一实数序列A=(a1,a2,a3,…),定义新序列ΔA=(a2-a1,a3-a2,a4-a3,…),它的第n项为an+1-an.假定序列Δ(ΔA)的所有项都是1,且a12=a22=0,则a2=________.
【解析】 令bn=an+1-an,依题意知数列{bn}为等差数列,且公差为1,所以bn=b1+(n-1)×1,
a1=a1,
a2-a1=b1,
a3-a2=b2,
…
an-an-1=bn-1,
累加得an=a1+b1+…+bn-1=a1+(n-1)b1+=(n-1)a2-(n-2)a1+,
分别令n=12,n=22,
得
解得a1=,a2=100.
【答案】 100
数列新定义型创新题的一般解题思路
(1)阅读审清“新定义”.
(2)结合常规的等差数列、等比数列的相关知识,化归、转化到“新定义”的相关知识.
(3)利用“新定义”及常规的数列知识,求解证明相关结论.
[对点训练]
1.对于数列{an},定义数列{an+1-an}为数列{an}的“差数列”,若a1=2,数列{an}的“差数列”的通项公式为an+1-an=2n,则数列{an}的前n项和Sn=( )
A.2 B.2n
C.2n+1-2 D.2n-1-2
解析:选C.因为an+1-an=2n,所以an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=2n-1+2n-2+…+22+2+2=+2=2n-2+2=2n,所以Sn==2n+1-2.
2.(2019·福建五校第二次联考)在数列{an}中,a1=,=,n∈N+,且bn=.记Pn=b1×b2×…×bn,Sn=b1+b2+…+bn,则3n+1Pn+Sn=________.
解析:因为==-,所以bn==-,所以Sn=b1+b2+…+bn=++…+=-.因为=,所以bn==,所以Pn=b1×b2×…×bn=××…×=.又a1=,故3n+1Pn+Sn=+-==3.
答案:3
一、选择题
1.(2019·福州市质量检测)已知数列{an}中,a3=2,a7=1.若数列为等差数列,则a9=( )
A. B.
C. D.-
解析:选C.因为数列为等差数列,a3=2,a7=1,
所以数列的公差d===,所以=+(9-7)×=,所以a9=,故选C.
2.(一题多解)已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若S2=2,S3=-6,则S5=( )
A.18 B.10
C.-14 D.-22
解析:选D.法一:设等比数列{an}的公比为q,由题意,得,解得,所以S5==-22,故选D.
法二:设等比数列{an}的公比为q,易知q≠1,令A=,则Sn=Aqn-A,,解得,所以Sn=[(-2)n-1],所以S5=×[(-2)5-1]=-22,故选D.
3.已知数列{an}是等比数列,数列{bn}是等差数列,若a1·a6·a11=-3,b1+b6+b11=7π,则tan 的值是 ( )
A.- B.-1
C.- D.
解析:选A.依题意得,a=(-)3,3b6=7π,所以a6=-,b6=,所以==-,故tan=tan=tan=-tan=-,故选A.
4.(一题多解)(2019·合肥市第一次质量检测)已知正项等差数列{an}的前n项和为Sn(n∈N*),a5+a7-a=0,则S11的值为( )
A.11 B.12
C.20 D.22
解析:选D.通解:设等差数列{an}的公差为d(d>0),则由(a1+4d)+(a1+6d)-(a1+5d)2=0,得(a1+5d)(a1+5d-2)=0,所以a1+5d=0或a1+5d=2,又a1>0,所以a1+5d>0,则a1+5d=2,则S11=11a1+d=11(a1+5d)=11×2=22,故选D.
优解:因为{an}为正项等差数列,所以由等差数列的性质,并结合a5+a7-a=0,得2a6-a=0,a6=2,则S11===11a6=22,故选D.
5.等差数列{an}中,已知|a6|=|a11|,且公差d>0,则其前n项和取最小值时n的值为( )
A.6 B.7
C.8 D.9
解析:选C.由d>0可得等差数列{an}是递增数列,又|a6|=|a11|,所以-a6=a11,即-a1-5d=a1+10d,所以a1=-,则a8=-<0,a9=>0,所以前8项和为前n项和的最小值,故选C.
6.(多选)已知数列{an}是等比数列,则下列命题正确的是( )
A.数列{|an|}是等比数列
B.数列{anan+1}是等比数列
C.数列是等比数列
D.数列{lg a}是等比数列
解析:选ABC.因为数列{an}是等比数列,所以=q.对于A,==|q|,所以数列{|an|}是等比数列,A正确;对于B,=q2,所以数列{anan+1}是等比数列,B正确;对于C,==,所以数列是等比数列,C正确;对于D,==,不一定是常数,所以D错误.
二、填空题
7.(2019·贵阳市第一学期监测)已知数列{an}中,a1=3,a2=7.当n∈N*时,an+2是乘积an·an+1的个位数,则a2 019=________.
解析:a1=3,a2=7,a1a2=21,a3=1,a2a3=7,a4=7,a3a4=7,a5=7,a4a5=49,a6=9,a5a6=63,a7=3,a6a7=27,a8=7,a7a8=21,a9=1,a8a9=7,所以数列{an}是周期为6的数列,又2 019=6×336+3,所以a2 019=a3=1.
答案:1
8.在数列{an}中,n∈N*,若=k(k为常数),则称{an}为“等差比数列”,下列是对“等差比数列”的判断:
①k不可能为0;
②等差数列一定是“等差比数列”;
③等比数列一定是“等差比数列”;
④“等差比数列”中可以有无数项为0.
其中所有正确判断的序号是________.
解析:由等差比数列的定义可知,k不为0,所以①正确,当等差数列的公差为0,即等差数列为常数列时,等差数列不是等差比数列,所以②错误;当{an}是等比数列,且公比q=1时,{an}不是等差比数列,所以③错误;数列0,1,0,1,…是等差比数列,该数列中有无数多个0,所以④正确.
答案:①④
9.(2019·洛阳尖子生第二次联考)已知函数f(x)=,g(x)=f(x-1)+1,则g(x)的图象关于________对称,若an=g+g+g+…+g(n∈N*),则数列{an}的通项公式为________.
解析:因为f(x)=,所以f(-x)===-f(x),所以函数f(x)为奇函数.因为g(x)=f(x-1)+1,所以g(x)的图象关于点(1,1)对称,若x1+x2=2,则有g(x1)+g(x2)=2,所以an=g+g+g+…+g=2(n-1)+g(1)=2n-2+f(0)+1=2n-1,即an=2n-1,故数列{an}的通项公式为an=2n-1.
答案:(1,1) an=2n-1
三、解答题
10.(2019·昆明市诊断测试)已知数列{an}是等比数列,公比q<1,若a2=2,a1+a2+a3=7.
(1)求{an}的通项公式;
(2)设bn=log2an,求数列{bn}的前n项和.
解:(1)由已知得,
则或(舍去).
所以an=4×=23-n.
(2)因为bn=log2an=log223-n=3-n,所以数列{bn}是首项为2,公差为-1的等差数列.
设数列{bn}的前n项和为Tn,
则Tn==.
11.(2019·武汉调研)已知等差数列{an}前三项的和为-9,前三项的积为-15.
(1)求等差数列{an}的通项公式;
(2)若{an}为递增数列,求数列{|an|}的前n项和Sn.
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,则依题意得a2=-3,则a1=-3-d,a3=-3+d,
所以(-3-d)(-3)(-3+d)=-15,得d2=4,d=±2,
所以an=-2n+1或an=2n-7.
(2)由题意得an=2n-7,所以|an|=,
①n≤3时,Sn=-(a1+a2+…+an)=n=6n-n2;
②n≥4时,Sn=-a1-a2-a3+a4+…+an=-2(a1+a2+a3)+(a1+a2+…+an)=18-6n+n2.
综上,数列{|an|}的前n项和Sn=.
12.(2019·湖北仙桃、天门、潜江期末)已知数列{an}满足a1=2,(n+2)an=(n+1)an+1-2(n2+3n+2),设bn=.
(1)求b1,b2,b3;
(2)判断数列{bn}是否为等差数列,并说明理由;
(3)求数列{an}的通项公式.
解:(1)因为数列{an}满足(n+2)an=(n+1)an+1-2(n2+3n+2),所以将n=1代入得3a1=2a2-12.又a1=2,所以a2=9.将n=2代入得4a2=3a3-24,所以a3=20.从而b1=1,b2=3,b3=5.
(2)数列{bn}是以1为首项,2为公差的等差数列.理由如下:
将(n+2)an=(n+1)an+1-2(n2+3n+2)两边同时除以
(n+1)(n+2)可得
=,
化简可得-=2,即bn+1-bn=2,
所以数列{bn}是以1为首项,2为公差的等差数列.
(3)由(2)可得bn=1+2(n-1)=2n-1,
所以an=(n+1)bn=(n+1)·(2n-1)=2n2+n-1.
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