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(新高考)高考数学一轮复习素养练习 第7章 第2讲 等差数列及其前n项和 (含解析)
展开这是一份(新高考)高考数学一轮复习素养练习 第7章 第2讲 等差数列及其前n项和 (含解析),共15页。试卷主要包含了知识梳理,教材衍化等内容,欢迎下载使用。
第2讲 等差数列及其前n项和
一、知识梳理
1.等差数列与等差中项
(1)定义:
①文字语言:一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数;
②符号语言:an+1-an=d(n∈N*,d为常数).
(2)等差中项:若三个数a,A,b组成等差数列,则A叫做a,b的等差中项.
2.等差数列的通项公式与前n项和公式
(1)通项公式:an=a1+(n-1)d.
(2)前n项和公式:Sn=na1+d=.
3.等差数列的性质
已知数列{an}是等差数列,Sn是其前n项和.
(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an.
(3)若{an}的公差为d,则{a2n}也是等差数列,公差为2d.
(4)若{bn}是等差数列,则{pan+qbn}也是等差数列.
(5)数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…构成等差数列.
常用结论
1.等差数列与函数的关系
(1)通项公式:当公差d≠0时,等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d=dn+a1-d是关于n的一次函数,且一次项系数为公差d.若公差d>0,则为递增数列,若公差d<0,则为递减数列.
(2)前n项和:当公差d≠0时,Sn=na1+d=n2+n是关于n的二次函数且常数项为0.
2.两个常用结论
(1)关于等差数列奇数项和与偶数项和的性质
①若项数为2n,则S偶-S奇=nd,=;
②若项数为2n-1,则S偶=(n-1)an,S奇=nan,S奇-S偶=an,=.
(2)两个等差数列{an},{bn}的前n项和Sn,Tn之间的关系为=.
二、教材衍化
1.已知等差数列-8,-3,2,7,…,则该数列的第100项为________.
解析:依题意得,该数列的首项为-8,公差为5,所以a100=-8+99×5=487.
答案:487
2.在等差数列{an}中,若a3+a4+a5+a6+a7=450,则a2+a8=________.
解析:由等差数列的性质,得a3+a4+a5+a6+a7=5a5=450,所以a5=90,所以a2+a8=2a5=180.
答案:180
3.已知等差数列5,4,3,…,则前n项和Sn=________.
解析:由题知公差d=-,所以Sn=na1+d=(75n-5n2).
答案:(75n-5n2)
4.设数列{an}是等差数列,其前n项和为Sn,若a6=2且S5=30,则S8=________.
解析:由已知可得
解得所以S8=8a1+d=32.
答案:32
一、思考辨析
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都是常数,则这个数列是等差数列.( )
(2)已知数列{an}的通项公式是an=pn+q(其中p,q为常数),则数列{an}一定是等差数列.( )
(3)数列{an}为等差数列的充要条件是其通项公式为n的一次函数.( )
(4)数列{an}为等差数列的充要条件是对任意n∈N*,都有2an+1=an+an+2.( )
(5)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的.( )
(6)等差数列的前n项和公式是常数项为0的二次函数.( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
二、易错纠偏
(1)等差数列概念中的两个易误点,即同一个常数与常数;
(2)错用公式致误;
(3)错用性质致误.
1.已知数列{an}中,a1=1,an=an-1+(n≥2),则数列{an}的前9项和等于________.
解析:由a1=1,an=an-1+(n≥2),可知数列{an}是首项为1,公差为的等差数列,故S9=9a1+×=9+18=27.
答案:27
2.首项为30的等差数列{an},从第8项开始为负数,则公差d的取值范围是________.
解析:由题意知a1=30,a8<0,a7≥0.即解得-5≤d<-.
答案:
3.设数列{an}的通项公式为an=2n-10(n∈N*),则|a1|+|a2|+…+|a15|=________.
解析:由an=2n-10(n∈N*)知{an}是以-8为首项,2为公差的等差数列,又由an=2n-10≥0得n≥5,所以n≤5时,an≤0,当n>5时,an>0,所以|a1|+|a2|+…+|a15|=-(a1+a2+a3+a4)+(a5+a6+…+a15)=20+110=130.
答案:130
考点一 等差数列的基本运算(基础型)
探索并掌握等差数列的通项公式与前n项和公式.
核心素养:数学运算
(1)(2020·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.-
(2)(一题多解)(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】 (1)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)法一:设等差数列{an}的首项为a1,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.
【答案】 (1)C (2)A
等差数列的基本运算的解题策略
(1)等差数列的通项公式及前n项和公式共涉及五个量a1,an,d,n,Sn,知其中三个就能求另外两个,体现了方程思想.
(2)数列的通项公式和前n项和公式在解题中起到变量代换的作用,而a1和d是等差数列的两个基本量,用它们表示已知量和未知量是常用方法.
1.(一题多解)(2020·惠州市第二次调研)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且a2+a3+a4=15,a7=13,则S5=( )
A.28 B.25
C.20 D.18
解析:选B.法一:设等差数列{an}的公差为d,由已知得解得所以S5=5a1+d=5×1+×2=25,故选B.
法二:由{an}是等差数列,可得a2+a4=2a3,所以a3=5,所以S5===25,故选B.
2.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若a2=4,S4=22,an=28,则n=( )
A.3 B.7
C.9 D.10
解析:选D.因为S4=a1+a2+a3+a4=4a2+2d=22,d==3,a1=a2-d=4-3=1,an=a1+(n-1)d=1+3(n-1)=3n-2,由3n-2=28,得n=10.
考点二 等差数列的判定与证明(基础型)
理解等差数列的概念.能在具体的问题情境中识别数列的等差关系.
核心素养:逻辑推理
已知数列{an}中,a1=,其前n项和为Sn,且满足an=(n≥2).
(1)求证:数列是等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
【解】 (1)证明:当n≥2时,Sn-Sn-1=.
整理,得Sn-1-Sn=2SnSn-1.
两边同时除以SnSn-1,得-=2.
又==4,所以是以4为首项,以2为公差的等差数列.
(2)由(1)可得数列的通项公式为=4+(n-1)×2=2n+2,所以Sn=.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-=.
当n=1时,a1=,不适合上式.
所以an=
【迁移探究】 (变条件)本例的条件变为:a1=,Sn=(n≥2),证明是等差数列.
证明:因为Sn=,所以2Sn-1Sn+Sn=Sn-1,即Sn-1-Sn=2SnSn-1,故-=2(n≥2),
又==4,因此数列是首项为4,公差为2的等差数列.
等差数列的判定与证明的常用方法
(1)定义法:an+1-an=d(d是常数,n∈N*)或an-an-1=d(d是常数,n∈N*,n≥2)⇔{an}为等差数列.
(2)等差中项法:2an+1=an+an+2(n∈N*)⇔{an}为等差数列.
(3)通项公式法:an=an+b(a,b是常数,n∈N*)⇔{an}为等差数列.
(4)前n项和公式法:Sn=an2+bn(a,b为常数)⇔{an}为等差数列.
[提示] 若要判定一个数列不是等差数列,则只需找出三项an,an+1,an+2,使得这三项不满足2an+1=an+an+2即可;但如果要证明一个数列是等差数列,则必须用定义法或等差中项法.
1.已知数列{an}满足a1=1,an+1=,且bn=,n∈N*.求证:数列{bn}为等差数列.
证明:因为bn=,且an+1=,所以bn+1===1+=1+bn,故bn+1-bn=1.又b1==1,
所以数列{bn}是以1为首项,1为公差的等差数列.
2.(2020·贵州省适应性考试)已知数列{an}满足a1=1,且nan+1-(n+1)an=2n2+2n.
(1)求a2,a3的值;
(2)证明数列是等差数列,并求{an}的通项公式.
解:(1)由已知,得a2-2a1=4,
则a2=2a1+4,又a1=1,所以a2=6.
由2a3-3a2=12,
得2a3=12+3a2,所以a3=15.
(2)由已知nan+1-(n+1)an=2n(n+1),
得=2,即-=2,
所以数列是首项=1,公差d=2的等差数列.
则=1+2(n-1)=2n-1,所以an=2n2-n.
考点三 等差数列的性质及应用(综合型)
了解等差数列与一次函数的关系.并能用等差数列的有关知识解决相应问题.
核心素养:数学运算
角度一 等差数列项性质的应用
(1)(一题多解)在公差不为0的等差数列{an}中,4a3+a11-3a5=10,则a4=( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
(2)一个等差数列的前12项和为354,前12项中偶数项的和与奇数项的和的比为32∶27,则该数列的公差d=________.
【解析】 (1)通解:设数列{an}的公差为d(d≠0),由4a3+a11-3a5=10,得4(a1+2d)+(a1+10d)-3(a1+4d)=10,即2a1+6d=10,即a1+3d=5,故a4=5,所以a4=1,故选C.
优解一:设数列{an}的公差为d(d≠0),因为an=am+(n-m)d,所以由4a3+a11-3a5=10,得4(a4-d)+(a4+7d)-3(a4+d)=10,整理得a4=5,所以a4=1,故选C.
优解二:由等差数列的性质,得2a7+3a3-3a5=10,得4a5+a3-3a5=10,即a5+a3=10,则2a4=10,即a4=5,所以a4=1,故选C.
(2)设等差数列的前12项中奇数项的和为S奇,偶数项的和为S偶,公差为d.
由已知条件,得
解得
又S偶-S奇=6d,所以d==5.
【答案】 (1)C (2)5
角度二 等差数列前n项和性质的应用
(1)已知等差数列{an}的前10项和为30,它的前30项和为210,则前20项和为( )
A.100 B.120
C.390 D.540
(2)在等差数列{an}中,a1=-2 018,其前n项和为Sn,若-=2,则S2 018的值等于( )
A.-2 018 B.-2 016
C.-2 019 D.-2 017
【解析】 (1)设Sn为等差数列{an}的前n项和,则S10,S20-S10,S30-S20成等差数列,
所以2(S20-S10)=S10+(S30-S20),
又等差数列{an}的前10项和为30,前30项和为210,
所以2(S20-30)=30+(210-S20),解得S20=100.
(2)由题意知,数列为等差数列,其公差为1,所以=+(2 018-1)×1=-2 018+2 017=-1.
所以S2 018=-2 018.
【答案】 (1)A (2)A
角度三 等差数列的前n项和的最值
(一题多解)(2020·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】 法一:设数列{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:设数列{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.
(1)等差数列前n项和的性质
在等差数列{an}中,Sn为其前n项和,则
①S2n=n(a1+a2n)=…=n(an+an+1);
②S2n-1=(2n-1)an;
③当项数为偶数2n时,S偶-S奇=nd;项数为奇数2n-1时,S奇-S偶=a中,S奇∶S偶=n∶(n-1).
(2)求数列前n项和的最值的方法
①通项法:〈1〉若a1>0,d<0,则Sn必有最大值,其n可用不等式组来确定;〈2〉若a1<0,d>0,则Sn必有最小值,其n可用不等式组来确定.
②二次函数法:等差数列{an}中,由于Sn=na1+d=n2+n,故可用二次函数求最值的方法来求前n项和的最值,这里应由n∈N*及二次函数图象的对称性来确定n的值.
③不等式组法:借助Sn最大时,有(n≥2,n∈N*),解此不等式组确定n的范围,进而确定n的值和对应Sn的值(即Sn的最值).
1.(一题多解)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: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.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若S15>0,S16<0,则Sn的最大值是( )
A.S1 B.S7
C.S8 D.S15
解析:选C.由等差数列的前n项和公式可得S15=15a8>0,S16=8(a8+a9)<0,所以a8>0,a9<0,则d=a9-a8<0,所以在数列{an}中,当n<9时,an>0,当n≥9时,an<0,所以当n=8时,Sn最大,故选C.
3.两等差数列{an}和{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,且=,则=________.
解析:因为数列{an}和{bn}均为等差数列,所以=====.
答案:
[基础题组练]
1.(2020·长春市质量监测(二))等差数列{an}中,Sn是它的前n项和,a2+a3=10,S6=54,则该数列的公差d为( )
A.2 B.3
C.4 D.6
解析:选C.由题意,知解得故选C.
2.(2020·重庆市七校联合考试)在等差数列{an}中,若a3+a5+a7+a9+a11=55,S3=3,则a5等于( )
A.5 B.6
C.7 D.9
解析:选C.设数列{an}的公差为d,因为数列{an}是等差数列,所以a3+a5+a7+a9+a11=5a7=55,所以a7=11,又S3=3,所以解得所以a5=7.故选C.
3.已知数列{an}满足a1=15,且3an+1=3an-2,若ak·ak+1<0,则正整数k=( )
A.21 B.22
C.23 D.24
解析:选C.3an+1=3an-2⇒an+1=an-⇒{an}是等差数列,则an=-n.因为ak·ak+1<0,所以<0,所以<k<,所以k=23.
4.(多选)已知无穷等差数列{an}的前n项和为Sn,S6<S7,且S7>S8,则( )
A.在数列{an}中,a1最大
B.在数列{an}中,a3或a4最大
C.S3=S10
D.当n≥8时,an<0
解析:选AD.由于S6<S7,S7>S8,所以S7-S6=a7>0,S8-S7=a8<0,所以数列{an}是递减的等差数列,最大项为a1,所以A正确,B错,D正确;S10-S3=a4+a5+…+a10=7a7>0,故C错误.
5.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=90
解析:选B.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B.
6.(2019·高考全国卷Ⅲ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a3=5,a7=13,则S10=____________.
解析:通解:设等差数列{an}的公差为d,则由题意,得解得所以S10=10×1+×2=100.
优解:由题意,得公差d=(a7-a3)=2,所以a4=a3+d=7,所以S10==5(a4+a7)=100.
答案:100
7.(应用型)某剧场有20排座位,后一排比前一排多2个座位,最后一排有60个座位,则剧场总共的座位数为________.
解析:设第n排的座位数为an(n∈N*),数列{an}为等差数列,其公差d=2,则an=a1+(n-1)d=a1+2(n-1).由已知a20=60,得60=a1+2×(20-1),解得a1=22,则剧场总共的座位数为==820.
答案:820
8.(2020·福建龙岩期末改编)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,an+an+1=2n+1(n∈N*),则a20的值为________,S21的值为________.
解析:将n=1代入an+an+1=2n+1中得a2=3-1=2.
由an+an+1=2n+1①,得an+1+an+2=2n+3②.
②-①,得an+2-an=2,所以数列{an}的奇数项、偶数项都是以2为公差的等差数列,
则a21=1+10×2=21,a20=2+9×2=20,所以S21=(a1+a3+a5+…+a21)+(a2+a4+a6+…+a20)=+=231.
答案:20 231
9.(2019·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S9=-a5.
(1)若a3=4,求{an}的通项公式;
(2)若a1>0,求使得Sn≥an的n的取值范围.
解:(1)设{an}的公差为d,
由S9=-a5得a1+4d=0,
由a3=4得a1+2d=4,
于是a1=8,d=-2.
因此{an}的通项公式为an=10-2n.
(2)由(1)得a1=-4d,故an=(n-5)d,Sn=.
由a1>0知d<0,故Sn≥an等价于n2-11n+10≤0,解得1≤n≤10.
所以n的取值范围是{n|1≤n≤10,n∈N}.
10.已知等差数列的前三项依次为a,4,3a,前n项和为Sn,且Sk=110.
(1)求a及k的值;
(2)已知数列{bn}满足bn=,证明数列{bn}是等差数列,并求其前n项和Tn.
解:(1)设该等差数列为{an},则a1=a,a2=4,a3=3a,
由已知有a+3a=8,得a1=a=2,公差d=4-2=2,
所以Sk=ka1+·d=2k+×2=k2+k.
由Sk=110,得k2+k-110=0,
解得k=10或k=-11(舍去),故a=2,k=10.
(2)由(1)得Sn==n(n+1),
则bn==n+1,
故bn+1-bn=(n+2)-(n+1)=1,
即数列{bn}是首项为2,公差为1的等差数列,
所以Tn==.
[综合题组练]
1.(创新型)(2020·石家庄市第一次模拟)已知函数f(x)的图象关于直线x=-1对称,且f(x)在(-1,+∞)上单调,若数列{an}是公差不为0的等差数列,且f(a50)=f(a51),则数列{an}的前100项的和为( )
A.-200 B.-100
C.-50 D.0
解析:选B.因为函数f(x)的图象关于直线x=-1对称,又函数f(x)在(-1,+∞)上单调,数列{an}是公差不为0的等差数列,且f(a50)=f(a51),所以a50+a51=-2,所以S100==50(a50+a51)=-100,故选B.
2.(创新型)已知定义:在数列{an}中,若a-a=p(n≥2,n∈N*,p为常数),则称{an}为等方差数列.下列命题正确的是( )
A.若{an}是等方差数列,则{a}是等差数列
B.{(-1)n}是等方差数列
C.若{an}是等方差数列,则{akn}(k∈N*,k为常数)不可能还是等方差数列
D.若{an}既是等方差数列,又是等差数列,则该数列为常数列
解析:选ABD.若{an}是等方差数列,则a-a=p,故{a}是等差数列,故A正确;当an=(-1)n时,a-a=(-1)2n-(-1)2(n-1)=0,故B正确;若{an}是等方差数列,则由A知{a}是等差数列,从而{a}(k∈N*,k为常数)是等差数列,设其公差为d,则有a-a=d.由定义知{akn}是等方差数列,故C不正确;若{an}既是等方差数列,又是等差数列,则a-a=p,an-an-1=d,所以a-a=(an-an-1)(an+an-1)=d(an+an-1)=p,若d≠0,则an+an-1=.又an-an-1=d,解得an=,{an}为常数列;若d=0,该数列也为常数列,故D正确.
3.(2020·广东揭阳期末改编)已知数列{an}满足a1=-,an+1=(n∈N*),则an=________,数列{an}中最大项的值为________.
解析:由题意知an≠0,由an+1=得==+8,整理得-=8,即数列是公差为8的等差数列,故=+(n-1)×8=8n-17,所以an=.当n=1,2时,an<0;当n≥3时,an>0,则数列{an}在n≥3时是递减数列,故{an}中最大项的值为a3=.
答案:
4.(创新型)(2020·安徽省淮南模拟)设数列{an}的前n项和为Sn,若为常数,则称数列{an}为“精致数列”.已知等差数列{bn}的首项为1,公差不为0,若数列{bn}为“精致数列”,则数列{bn}的通项公式为________.
解析:设等差数列{bn}的公差为d,由为常数,设=k且b1=1,得n+n(n-1)d=k,即2+(n-1)d=4k+2k(2n-1)d,整理得(4k-1)dn+(2k-1)(2-d)=0.因为对任意正整数n,上式恒成立,所以解得d=2,k=,所以数列{bn}的通项公式为bn=2n-1(n∈N*).
答案:bn=2n-1(n∈N*)
5.已知数列{an}满足:a3=-13,an=an-1+4(n>1,n∈N*).
(1)求a1,a2及通项公式an;
(2)设Sn为数列{an}的前n项和,则数列S1,S2,S3,…中哪一项最小?
解:(1)因为数列{an}满足a3=-13,an=an-1+4,
所以an-an-1=4,
即数列{an}为等差数列且公差d=4,
所以a2=a3-d=-13-4=-17,
a1=a2-d=-17-4=-21,
所以通项公式an=a1+(n-1)d=-21+4(n-1)=4n-25.
(2)令an=4n-25≥0可解得n≥,
所以数列{an}的前6项为负值,从第7项开始为正数,
所以数列S1,S2,S3,…中S6最小.
6.已知等差数列{an}的公差d>0.设{an}的前n项和为Sn,a1=1,S2·S3=36.
(1)求d及Sn;
(2)求m,k(m,k∈N*)的值,使得am+am+1+am+2+…+am+k=65.
解:(1)由题意知(2a1+d)(3a1+3d)=36,
将a1=1代入上式解得d=2或d=-5.
因为d>0,所以d=2.
从而an=2n-1,Sn=n2(n∈N*).
(2)由(1)得am+am+1+am+2+…+am+k=(2m+k-1)(k+1),所以(2m+k-1)(k+1)=65.
由m,k∈N*知2m+k-1≥k+1>1,
故解得
即所求m的值为5,k的值为4.
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