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数列求通项专题训练
展开这是一份数列求通项专题训练,共13页。
解:Sn=n2+n,则Sn-1=(n-1)2+(n-1)=n2-n(n≥2),所以an=Sn-Sn-1=2n(n≥2),而a1=S1=12+1=2,符合上式,故an=2n(n∈N*).故填2n.
(2)若数列{an}的前n项和Sn=2n+1,则此数列的通项公式为an=eq \b\lc\ (\a\vs4\al\c1( )).
解:当n=1时,a1=S1=21+1=3;
当n≥2时,
an=Sn-Sn-1=(2n+1)-(2n-1+1)=2n-2n-1=2n-1.
综上有an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3(n=1),,2n-1(n≥2).))故填eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3(n=1),,2n-1(n≥2).))
(3)已知数列{an}的首项a1=2,其前n项和为Sn.若Sn+1=2Sn+1,则an=________.
解:由Sn+1=2Sn+1,有Sn=2Sn-1+1(n≥2),
两式相减得an+1=2an,
又S2=a1+a2=2a1+1,a2=3,
所以数列{an}从第二项开始成等比数列,
所以an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2,n=1,,3·2n-2,n≥2.))故填eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2,n=1,,3·2n-2,n≥2.))
点拨 任何一个数列,它的前n项和Sn与通项an都存在关系:an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(S1(n=1),,Sn-Sn-1(n≥2).))若a1适合Sn-Sn-1,则应把它们统一起来,否则就用分段函数表示.另外一种快速判断技巧是利用S0是否为0来判断:若S0=0,则a1适合Sn-Sn-1,否则不符合,这在解小题时比较有用.
(4) 若数列{an}的前n项和Sn=eq \f(2,3)an+eq \f(1,3)(n∈N*),则{an}的通项公式an=________.
解:由Sn=eq \f(2,3)an+eq \f(1,3),得当n≥2时,Sn-1=eq \f(2,3)an-1+eq \f(1,3),两式相减,整理得an=-2an-1.又当n=1时,
S1=a1=eq \f(2,3)a1+eq \f(1,3),所以a1=1,所以{an}是首项为1,公比为-2的等比数列,故an=(-2)n-1.
变式1 (1)已知下列数列{an}的前n项和Sn,分别求它们的通项公式an.
(Ⅰ)Sn=2n2-3n;
(Ⅱ)Sn=3n+b.
解:(Ⅰ)a1=S1=2-3=-1,当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(2n2-3n)-[2(n-1)2-3(n-1)]=4n-5,
a1也适合此等式,所以an=4n-5.
(Ⅱ)a1=S1=3+b,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1
=(3n+b)-(3n-1+b)=2·3n-1.
当b=-1时,a1适合此等式.
当b≠-1时,a1不适合此等式.
所以当b=-1时,an=2·3n-1;
当b≠-1时,an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3+b, n=1,,2·3n-1,n≥2.))
(2)(河南省洛阳市2020届高三上尖子生第一次联考)已知数列{an}的首项a1=3,前n项和为Sn,an+1=2Sn+3,n∈N*,则{an}的通项公式为an=________.
解:因为an+1=2Sn+3,所以an=2Sn-1+3(n≥2),所以an+1-an=2an,即an+1=3an,且a2=2S1+3=9,所以an=9·3n-2=3n(n≥2),且n=1时,a1=3符合,所以an=3n.故填3n.
(3)设Sn是数列{an}的前n项和,且a1=-1,an+1=SnSn+1,则an=________.
解:因为an+1=SnSn+1,所以an+1=Sn+1-Sn=SnSn+1,所以eq \f(Sn+1-Sn,Sn+1Sn)=eq \f(1,Sn)-eq \f(1,Sn+1)=1,即eq \f(1,Sn+1)-eq \f(1,Sn)=-1,又a1=-1,即eq \f(1,S1)=eq \f(1,a1)=-1,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,Sn)))是首项和公差均为-1的等差数列,所以eq \f(1,Sn)=-1-1×(n-1)=-n,所以Sn=-eq \f(1,n).an=Sn-Sn-1=eq \f(1,n(n-1))(n≥2).故填eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(-1,n=1,,\f(1,n(n-1)),n≥2.))
考点二 由递推公式求通项公式
例3 写出下面各数列{an}的通项公式.
(1)a1=2,an+1=an+n+1;
(2)a1=1,an+1=eq \f(n+2,n)an;
(3)a1=1,an+1=3an+2;
(4) SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
(5)a1=2,an+1=eq \f(an,1+3an).
解:(1)由题意得,当n≥2时,an-an-1=n,
所以an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)
=2+(2+3+…+n)=2+eq \f((n-1)(2+n),2)
=eq \f(n(n+1),2)+1.
又a1=2=eq \f(1×(1+1),2)+1,适合上式,
因此an=eq \f(n(n+1),2)+1.
(2)由题设知an≠0,则eq \f(an+1,an)=eq \f(n+2,n),
eq \f(a2,a1)×eq \f(a3,a2)×eq \f(a4,a3)×…×eq \f(an+1,an)=eq \f(3,1)×eq \f(4,2)×eq \f(5,3)×…×eq \f(n+2,n),
eq \f(an+1,a1)=eq \f((n+1)(n+2),2),
又a1=1,则an+1=eq \f((n+1)(n+2),2),故an=eq \f(n(n+1),2).
(3)方法一:(累乘法)
an+1=3an+2,得an+1+1=3(an+1),即eq \f(an+1+1,an+1)=3,
所以eq \f(a2+1,a1+1)=3,eq \f(a3+1,a2+1)=3,eq \f(a4+1,a3+1)=3,…,eq \f(an+1+1,an+1)=3.
将这些等式两边分别相乘得eq \f(an+1+1,a1+1)=3n.
因为a1=1,所以eq \f(an+1+1,1+1)=3n,
即an+1=2×3n-1(n≥1),
所以an=2×3n-1-1(n≥2),
又a1=1也适合上式,
故数列{an}的一个通项公式为an=2×3n-1-1.
方法二:(迭代法)
an+1=3an+2,
即an+1+1=3(an+1)=32(an-1+1)=33(an-2+1)
=…=3n(a1+1)=2×3n(n≥1),
所以an=2×3n-1-1(n≥2),
又a1=1也满足上式,
故数列{an}的一个通项公式为an=2×3n-1-1.
(4) 【答案】
(5)an+1=eq \f(an,1+3an),易知an≠0,两边取倒数得eq \f(1,an+1)=3+eq \f(1,an),即eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=3,eq \f(1,a1)=eq \f(1,2),所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是以eq \f(1,2)为首项,3为公差的等差数列,所以eq \f(1,an)=3n-eq \f(5,2),所以an=eq \f(2,6n-5).
点拨 已知数列的递推关系求数列的通项时,通常用累加、累乘、构造法求解.当出现an=an-1+m时,构造等差数列;当出现an=xan-1+y时,构造等比数列;当出现an=an-1+f(n)时,一般用累加法求通项;当出现eq \f(an,an-1)=f(n)时,一般用累乘法求通项.根据形如an+1=eq \f(Aan,Ban+C)(A,B,C为常数)的递推关系式求通项公式时,一般对递推式两边同时取倒数,当A≠C时,化为eq \f(1,an+1)+x=eq \f(C,A)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)+x))的形式,可构造公比为eq \f(C,A)的等比数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)+x)),其中用待定系数法求x是关键;当A=C时,可构成一个等差数列.注意检验n=1时,是否适合所求.
变式2 写出下面各递推公式表示的数列{an}的通项公式.
(1)a1=2,an+1=an+eq \f(1,n(n+1));
(2)a1=1,an+1=2nan;
(3)a1=1,an+1=2an+1;
(4) SKIPIF 1 < 0
(5)a1=eq \f(2,3),an+1=eq \f(2an,an+2).
解:(1)因为当n≥2时,an-an-1=eq \f(1,n(n-1))=eq \f(1,n-1)-eq \f(1,n),
所以当n≥2时,an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,n-1)-\f(1,n)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,n-2)-\f(1,n-1)))+…+(eq \f(1,2)-eq \f(1,3))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(1,2)))+2=3-eq \f(1,n).
当n=1时,适合.故an=3-eq \f(1,n).
(2)因为eq \f(an+1,an)=2n,所以eq \f(a2,a1)=21,eq \f(a3,a2)=22,…,eq \f(an,an-1)=2n-1,
将这n-1个等式叠乘,
得eq \f(an,a1)=21+2+…+(n-1)=2eq \s\up6(\f(n(n-1),2)),所以an=2eq \s\up6(\f(n(n-1),2)).
当n=1时,适合.故an=2eq \s\up6(\f(n(n-1),2)).
(3)由题意知an+1+1=2(an+1),所以数列{an+1}是以2为首项,2为公比的等比数列,所以an+1=2n,所以an=2n-1.
(4)
(5)由an+1=eq \f(2an,an+2)知an≠0,两边取倒数得eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=eq \f(1,2),所以eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是以eq \f(3,2)为首项,eq \f(1,2)为公差的等差数列,所以eq \f(1,an)=eq \f(3,2)+(n-1)×eq \f(1,2)=eq \f(n+2,2),an=eq \f(2,n+2).
类型三 数列通项的性质
例4 已知数列{an}中,an=1+eq \f(1,a+2(n-1))(n∈N*,a∈R,且a≠0).
(1)若a=-7,求数列{an}中的最大项和最小项的值;
(2)若对任意的n∈N*,都有an≤a6成立,求a的取值范围.
解:(1)因为a=-7,所以an=1+eq \f(1,2n-9).
结合函数f(x)=1+eq \f(1,2x-9)的单调性,
可知1>a1>a2>a3>a4,a5>a6>a7>…>an>1(n∈N*).
所以数列{an}中的最大项为a5=2,最小项为a4=0.
(2)an=1+eq \f(1,a+2(n-1))=1+eq \f(\f(1,2),n-\f(2-a,2)).
因为对任意的n∈N*,都有an≤a6成立,结合函数f(x)=1+eq \f(\f(1,2),x-\f(2-a,2))的单调性,知5
点拨 数列是特殊的函数,故研究其前n项和或通项的性质时,可充分借助函数,要具备能将公式转化为我们熟知的函数的能力.
变式3 已知数列{an}的通项公式是an=n2+kn+4.
(1)若k=-5,则数列中有多少项是负数?n为何值时,an有最小值?并求出最小值;
(2)对于n∈N*,都有an+1>an,求实数k的取值范围.
解:(1)由n2-5n+4<0,解得1
所以数列中有两项是负数,即为a2,a3.
因为an=n2-5n+4=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-\f(5,2)))eq \s\up12(2)-eq \f(9,4),
由二次函数性质,得当n=2或n=3时,an有最小值,其最小值为a2=a3=-2.
(2)由对于n∈N*,都有an+1>an知该数列是一个递增数列,又因为通项公式an=n2+kn+4,可以看作是关于n的二次函数,考虑到n∈N*,所以-eq \f(k,2)
所以实数k的取值范围为(-3,+∞).
1.已知数列的前几项求数列的通项公式
(1)如果符号正负相间,则符号可用(-1)n或(-1)n+1来调节.
(2)分式形式的数列,分子和分母分别找通项,并充分借助分子和分母的关系来解决.
(3)对于比较复杂的通项公式,要借助于等差数列、等比数列和其他方法来解决.
此类问题虽无固定模式,但也有规律可循,主要靠观察(观察规律)、比较(比较已知的数列)、归纳、转化(转化为等差、等比或其他特殊数列)等方法来解决.
2.an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(S1(n=1),,Sn-Sn-1(n≥2),))注意an=Sn-Sn-1的条件是n≥2,还须验证a1是否符合an(n≥2),是则合并,否则写成分段形式.
3.已知递推关系求通项
掌握先由a1和递推关系求出前几项,再归纳、猜想an的方法,及构造法(详见例3“点拨”)、累加法、累乘法等,其中
(1)已知a1且an-an-1=f(n),可以用“累加法”得:
an=a1+f(2)+f(3)+…+f(n-1)+f(n).
(2)已知a1且eq \f(an,an-1)=f(n),可以用“累乘法”得:
an=a1·f(2)·f(3)·…·f(n-1)·f(n).
注:以上两式均要求{f(n)}易求和或积.
4.数列的简单性质
(1)单调性:若an+1>an,则{an}为递增数列;若an+1<an,则{an}为递减数列.
(2)周期性:若an+k=an(n∈N*,k为非零正整数),则{an}为周期数列,k为{an}的一个周期.
(3)最大值与最小值:若eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(an≥an+1,,an≥an-1,))则an最大;若eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(an≤an+1,,an≤an-1,))则an最小.
课后作业
1.数列0,eq \f(2,3),eq \f(4,5),eq \f(6,7),…的一个通项公式为( )
A.an=eq \f(n-1,n+1)(n∈N*)
B.an=eq \f(n-1,2n+1)(n∈N*)
C.an=eq \f(2(n-1),2n-1)(n∈N*)
D.an=eq \f(2n,2n+1)(n∈N*)
解法一:特例淘汰法.
令n=1,淘汰D选项,令n=2淘汰A,B选项.
解法二:数列变形为eq \f(0,1),eq \f(2,3),eq \f(4,5),eq \f(6,7),…分子、分母都是等差数列,分子2(n-1)分母2n-1.故选C.
2.已知数列{an}的前n项和Sn=n2-2n,则a2+a18= ( )
A.36 B.35 C.34 D.33
解:当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-3;当n=1时,a1=S1=-1,所以an=2n-3(n∈N*),所以a2+a18=34.故选C.
3.已知数列{an},an=-2n2+λn,若该数列是递减数列,则实数λ的取值范围是 ( )
A.(-∞,6) B.(-∞,4]
C.(-∞,5) D.(-∞,3]
解:数列{an}的通项公式是关于n(n∈N*)的二次函数,若数列是递减数列,则eq \f(λ,4)<eq \f(3,2),得λ<6.故选A.
4.(2019·山东淄博检测)在数列{an}中,a1=-eq \f(1,4),an=1-eq \f(1,an-1)(n>1),则a2 020的值为 ( )
A.-eq \f(1,4) B.5 C.eq \f(4,5) D.以上都不对
解:由题意知,a2=5,a3=eq \f(4,5),a4=-eq \f(1,4)=a1,因此数列{an}的周期为3,即a2 020=a673×3+1=a1=-eq \f(1,4).故选A.
5.数列{an}中,如果存在ak,使得ak>ak-1且ak>ak+1成立(其中k≥2,k∈N*),则称ak为数列{an}的峰值,若an=-3n2+11n-18,则{an}的峰值为 ( )
A.-8 B.-12 C.-eq \f(95,12) D.-eq \f(16,3)
解:因为an=-3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-\f(11,6)))eq \s\up12(2)+eq \f(121,12)-18,且n∈N*,所以当n=2时,an取最大值,即{an}的峰值为a2=-8.故选A.
6.(2019·山东菏泽模拟)已知数列{an}的前n项和Sn满足Sn+Sm=Sn+m(m,n∈N*)且a1=5,则a8= ( )
A.40 B.35 C.12 D.5
解:数列{an}的前n项和Sn满足Sn+Sm=Sn+m(n,m∈N*)且a1=5,令m=1,则Sn+1=Sn+S1=Sn+5,可得an+1=5,则a8=5.故选D.
7.已知an=eq \f(n-\r(2 020),n-\r(2 019))(n∈N*),则在数列{an}的前100项中最小项和最大项分别是 ( )
A.a1,a100 B.a100,a44
C.a45,a44 D.a44,a45
解:an=1-eq \f(\r(2 020)-\r(2 019),n-\r(2 019))(n∈N*),当n≤44时,数列{an}递增,且an>1,当n≥45时,数列{an}递增,且an<1,所以在数列{an}的前100项中最小项和最大项分别是a45,a44.故选C.
8.【多选题】已知数列{an}满足a1+2a2+22a3+…+2n-1an=9-6n,则下列说法正确的是( )
A.a1=-6 B.an=-eq \f(3,2n-2)
C.a1=3 D.数列{an}不是单调数列
解:令Sn=a1+2a2+22a3+…+2n-1an,则Sn=9-6n,
当n=1时,a1=S1=3;
当n≥2时,2n-1an=Sn-Sn-1=-6,
所以an=-eq \f(3,2n-2).而n=1时,a1=3,不符合上式,
所以通项公式an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3,n=1,,-\f(3,2n-2),n≥2.))
所以AB错,CD正确.故选CD.
9.若数列{an}满足关系an+1=1+eq \f(1,an),a8=eq \f(34,21),则a5=________.
解:借助递推关系,由a8递推依次得到a7=eq \f(21,13),a6=eq \f(13,8),a5=eq \f(8,5).故填eq \f(8,5).
10.(2019·山东潍坊月考)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,Sn=2an+1,则数列{an}的通项公式为________.
解:因为Sn=2an+1, ①
a1=1,当n=1时,S1=a1=2a2,所以a2=eq \f(1,2).
当n≥2时,Sn-1=2an, ②
①-②得an=2an+1-2an,即eq \f(an+1,an)=eq \f(3,2)(n≥2).
所以当n≥2时,an=a2·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))eq \s\up12(n-2)=eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))eq \s\up12(n-2),
故an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(1,n=1,,\f(1,2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))\s\up12(n-2),n≥2.))
故填an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(1,n=1,,\f(1,2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))\s\up12(n-2),n≥2.))
11.根据数列{an}的前几项,分别写出下列数列的一个通项公式.
(1)7,77,777,7 777,…
(2)4,-eq \f(5,2),2,-eq \f(7,4),eq \f(8,5),…
(3)3,5,3,5,…
(4)1,2,2,4,3,8,4,16,…
解:(1)将各项改写如下
eq \f(7,9)(10-1),eq \f(7,9)(102-1),eq \f(7,9)(103-1),eq \f(7,9)(104-1),…
易知an=eq \f(7,9)(10n-1).
(2)将各项绝对值改写如下
eq \f(4,1),eq \f(5,2),eq \f(6,3),eq \f(7,4),eq \f(8,5),…
综合考查分子、分母,以及各项符号可知an=(-1)n-1eq \f(n+3,n).
(3)an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3(n为奇数),,5(n为偶数),))
或an=eq \f((3+5)+(-1)n-1(3-5),2)=4+(-1)n.
(4)观察数列{an}可知,奇数项成等差数列,偶数项成等比数列,所以an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(n+1,2)(n为奇数),,2\s\up6(\f(n,2))(n为偶数).))
12.已知数列{an}满足前n项和Sn=n2+1,数列{bn}满足bn=eq \f(2,an+1)且前n项和为Tn,设cn=T2n+1-Tn.
(1)求数列{bn}的通项公式;
(2)判断数列{cn}的增减性.
解:(1)a1=2,an=Sn-Sn-1=2n-1(n≥2).
所以bn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(2,3),n=1,,\f(1,n),n≥2.))
(2)因为cn=bn+1+bn+2+…+b2n+1=eq \f(1,n+1)+eq \f(1,n+2)+…+eq \f(1,2n+1),所以cn+1-cn=eq \f(1,2n+2)+eq \f(1,2n+3)-eq \f(1,n+1)=eq \f(1,2n+3)-eq \f(1,2n+2)=eq \f(-1,(2n+3)(2n+2))<0,
所以cn+1<cn,所以数列{cn}为递减数列.
13.Sn为数列{an}的前n项和,已知an>0,aeq \\al(2,n)+2an=4Sn+3.
(1)求{an}的通项公式;
(2)设bn=eq \f(1,anan+1),求数列{bn}的前n项和.
解:(1)由aeq \\al(2,n)+2an=4Sn+3,
可知aeq \\al(2,n+1)+2an+1=4Sn+1+3.
可得aeq \\al(2,n+1)-aeq \\al(2,n)+2(an+1-an)=4an+1,即
2(an+1+an)=aeq \\al(2,n+1)-aeq \\al(2,n)=(an+1+an)(an+1-an).
由于an>0,可得an+1-an=2.
又aeq \\al(2,1)+2a1=4a1+3,
解得a1=-1(舍去)或a1=3.
所以{an}是首项为3,公差为2的等差数列,通项公式为an=2n+1.
(2)由an=2n+1可知
bn=eq \f(1,anan+1)=eq \f(1,(2n+1)(2n+3))
=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n+1)-\f(1,2n+3))).
设数列{bn}的前n项和为Tn,则
Tn=b1+b2+…+bn
=eq \f(1,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)-\f(1,5)))+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)-\f(1,7)))+…+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n+1)-\f(1,2n+3)))))
=eq \f(n,3(2n+3)).
附加题 已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=(-1)nan-eq \f(1,2n),n∈N*,若存在正整数n,使得(t-an+1)(t-an)<0成立,则实数t的取值范围是________.
解:因为Sn=(-1)nan-eq \f(1,2n),
所以Sn-1=(-1)n-1an-1-eq \f(1,2n-1)(n≥2),两式相减可得an=(-1)nan+(-1)nan-1+eq \f(1,2n)(n≥2),
当n是偶数时,可得an-1=-eq \f(1,2n),
即a1=-eq \f(1,4),a3=-eq \f(1,16),a5=-eq \f(1,64),…;
a1,a3,…,an为递增数列,且-eq \f(1,4)≤an<0,
当n是奇数时,可得an-1=-2an+eq \f(1,2n),即a2=-2a3+eq \f(1,23)=eq \f(1,4),a4=-2a5+eq \f(1,25)=eq \f(1,16),a6=-2a7+eq \f(1,27)=eq \f(1,64),….
a2,a4,…,an为递减数列,且0<an≤eq \f(1,4),
所以若存在正整数n,使得(t-an+1)(t-an)<0成立,则实数t的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,4),\f(1,4))).故填eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,4),\f(1,4))).