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4.1 数列的概念
第2课时 数列的递推公式与前n项和
学习指导 核心素养
1.理解数列递推公式的含义,能根据递推公式求出数列的项.2.理解数列{an}前n项和的含义,会用an与Sn的关系求通项公式an. 1.逻辑推理:根据递推公式求数列的项.2.数学运算:由Sn求an.
一、自主学习 合作探究(10分钟)
1.数列的递推公式
如果一个数列的相邻两项或多项之间的关系可以用一个式子来表示,那么这个式子叫做这个数列的递推公式.
2.数列的前n项和公式
(1)数列{an}的前n项和
把数列{an}从第1项起到第n项止的各项之和,称为数列{an}的前n项和,记作Sn,即Sn=a1+a2+…+an.
(2)数列{an}的前n项和公式
如果数列{an}的前n项和Sn与它的序号n之间的对应关系可以用一个式子来表示,那么这个式子叫做这个数列的前n项和公式.
(3)an与Sn的关系
an=.
即时检测
1.仅由数列的递推公式是否可以确定数列?
提示:不能,还需知道数列的首项或前n项.
2.在an和Sn的关系中,an=Sn-Sn-1是否对任意n∈N*成立?
提示:当n≥2时,an=Sn-Sn-1,且只有n=1的结果符合n≥2时an的表达式,公式an=Sn-Sn-1才对任意n∈N*成立.
3.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)递推公式也是表示数列的一种方法.( )
(2)已知数列{an}满足an+1=an+2,则数列{an}唯一确定.( )
(3)若Sn为数列{an}的前n项和,则a9=S10-S9.( )
(4)S2n表示数列{an}中所有偶数项的和.( )
答案:(1)√ (2)× (3)√ (4)×
4.符合递推关系式an=an-1的数列是( )
A.1,2,3,4,… B.1,,2,2,…
C.,2,,2,… D.0,,2,2,…
答案:B
5.已知数列{an}中,a1=1,an+1=,则a4=( )
A. B.
C. D.
解析:选A.由题意可知a2==,
a3==,a4==.
6.已知数列{an}满足an=,则S3=________.
解析:因为an=,所以a1=1,a2=3,a3=6.即S3=a1+a2+a3=1+3+6=10.
答案:10
二、精讲点拨 归纳提升(20分钟)
探究点1 递推公式的应用
角度一 由递推公式求数列的项
利用数列的通项公式和递推公式两种方法表示数列时各有什么优点.
探究感悟:通项公式法表示数列,可以方便地求出数列任意一项,利于研究数列的性质;递推公式法表示数列,可以揭示数列前后几项间的联系.
例 (1)已知数列{an}的首项a1=1且满足an+1=an+,则此数列的第3项是( )
A.1 B.
C. D.
(2)已知数列{an}满足an+1=1-且a1=2,则a2 022=( )
A. B.-1
C.2 D.1
【解析】 (1)a1=1,a2=a1+=1,a3=a2+=.
(2)由an+1=1-及a1=2,得a2=,a3=-1,a4=2,…,可发现数列{an}是周期为3的周期数列:2,,-1,2,,-1,….而2 022=674×3,故a2 022=a3=-1.
【答案】 (1)C (2)B
归纳总结
由递推公式写出数列的项的方法
(1)根据递推公式写出数列的前几项,首先要弄清楚公式中各部分的关系,依次代入计算即可.
(2)若通过计算数列的前几项得到数列的周期性,可通过周期性计算数列的项.
角度二 由递推公式求通项公式
例 在数列{an}中,a1=1,an+1=an+-,则an=( )
A. B.
C. D.
【解析】 方法一(归纳法):数列{an}的前5项分别为
a1=1,a2=1+1-=2-=,
a3=+-=2-=,
a4=+-=2-=,
a5=+-=2-=,
又a1=1,
由此可得数列的一个通项公式为an=.
方法二(迭代法):a2=a1+1-,a3=a2+-,…,an=an-1+-(n≥2),
则an=a1+1-+-+-+…+-
=2-=(n≥2).
又a1=1,所以an=(n∈N*).
方法三(累加法):an+1-an=-,
a1=1,a2-a1=1-,a3-a2=-,
a4-a3=-,
…
an-an-1=-(n≥2),
以上各项两边分别相加得an=1+1-+-+…+-.所以an=(n≥2).
因为a1=1也适合上式,所以an=(n∈N*).
【答案】 B
拓展探究
本例中,若将条件“an+1=an+-”改成“an+1=an·”,其他条件不变,求an.
解:方法一(累乘法):因为=,
所以=,=,=,…,=(n≥2).
以上各式两边分别相乘,得=×××…×=n.所以an=n(n≥2).
又因为a1=1也适合上式,所以an=n.
方法二(迭代法):由=(n≥2)知,=,=,=,…,所以an=a1××××…××=1××××…××=n(n≥2).
又因为a1=1也适合上式,所以an=n.
归纳总结
由递推公式求通项公式的常用方法
(1)归纳法:根据数列的首项和递推公式,求出数列的前几项,归纳出通项公式.
(2)迭代法、累加法或累乘法:递推公式对应的有以下几类:
①an+1-an=常数或an+1-an=f(n)(f(n)是可以求和的),使用累加法或迭代法;
②an+1=pan(p为非零常数)或an+1=f(n)an(f(n)是可以求积的),使用累乘法或迭代法;
③an+1=pan+q(p,q为非零常数),适当变形后转化为第②类解决.
即时检测
1.在数列{an}中,a1=-2,an+1=,则a2 023=________.
解析:由题意得,a1=-2,a2===-,a3===,a4===3,a5===-2,…,所以数列{an}是以4为周期的数列,
所以a2 023=a3=.
答案:
2.已知数列{an}中,a1=1,an+1=an+,则an=________.
解析:当n≥2时,an-an-1==-,
所以an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=(-)+(-)+…+(-)+1=;又a1=1也适合上式,所以an=.
答案:
探究点2 由前n项和Sn求通项公式an
数列{an}可否由其前n项和Sn唯一确定?怎样通过Sn求an?
探究感悟:如果已知数列{an}的前n项和公式,可以求出数列的每一项,从而确定数列,可以利用an=来得到数列的通项公式.
例 设Sn为数列{an}的前n项和,Sn=2n2-30n.求a1及an.
【解】 因为Sn=2n2-30n,所以当n=1时,a1=S1=2×12-30×1=-28,当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n2-30n-[2(n-1)2-30(n-1)]=4n-32.
又当n=1时,上式成立,所以an=4n-32,n∈N*.
拓展探究
将本例中的条件“Sn=2n2-30n”改成“Sn=2n2-30n+1”,其他条件不变,求an.
解:因为Sn=2n2-30n+1,
所以当n=1时,a1=S1=2×12-30×1+1=-27;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1
=2n2-30n+1-[2(n-1)2-30(n-1)+1]=4n-32.
当n=1时不符合上式.
所以an=
归纳总结
已知Sn求an的3个步骤
(1)先利用a1=S1求出a1.
(2)用n-1替换Sn中的n得到一个新的关系,利用an=Sn-Sn-1(n≥2)便可求出当n≥2时an的解析式.
(3)对n=1时的结果进行检验,看是否符合n≥2时an的解析式,如果符合,则可以把数列的通项公式合写.如果不符合,则应该分n=1与n≥2两段来写.
即时检测
1.已知数列{an}的前n项和Sn=,则a5=( )
A. B.
C. D.
解析:选B.根据题意,Sn=,则S5=,S4=,则a5=S5-S4=-=,故选B.
2.已知数列{an}的前n项和Sn=3n+2n+1,则an=________.
解析:因为当n=1时,a1=S1=6;当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(3n+2n+1)-[3n-1+2(n-1)+1]=2×3n-1+2.由于a1不适合此式,
所以an=
答案:
探究点3 数列的单调性与最值
已知数列的通项公式,怎样探讨数列的最大项、最小项?
探究感悟:数列是特殊的函数,可以通过数列的图象,单调性和变化趋势确定数列的最大项、最小项.
例 已知数列{an}的通项公式是an=(n+2)×(n∈N*),试问数列{an}是否有最大项?若有,求出最大项;若没有,说明理由.
【解】 方法一:作差比较an+1与an的大小,判断数列{an}的单调性.an+1-an=(n+3)×-(n+2)×=×.
当n<5时,an+1-an>0,即an+1>an;
当n=5时,an+1-an=0,即an+1=an;
当n>5时,an+1-an<0,即an+1<an.
故a1<a2<a3<a4<a5=a6>a7>a8>…,
所以数列{an}有最大项,最大项为a5和a6,且a5=a6=.
方法二:作商比较an+1与an的大小,判断数列{an}的单调性.
==.
易知an>0,令>1,解得n<5;令=1,解得n=5;令<1,解得n>5.
故a1<a2<a3<a4<a5=a6>a7>a8>…,所以数列{an}有最大项,最大项为a5和a6,且a5=a6=.
方法三:假设数列{an}中有最大项,且最大项为第n项,则即
解得即5≤n≤6.故数列{an}有最大项,最大项为a5和a6,且a5=a6=.
归纳总结
(1)通过解不等式an+1-an>0来确定数列的单调性,进而求其最大(小)值.
(2)通过解不等式组来确定,即设第k(k∈N*,k>1)项是数列的最大(小)项,则,求出k的正整数值后代入通项公式即得最大(小)项.
即时检测
1.已知数列{an}的通项公式为an=n2+tn,若数列{an}为递增数列,则t的取值范围是________.
解析:方法一:由数列{an}为递增数列,知an+1-an=(n+1)2+t(n+1)-(n2+tn)=2n+1+t>0恒成立,即t>-(2n+1)恒成立.
而n∈N*,所以t>-3,故t的取值范围是(-3,+∞).
方法二:an=n2+tn=-,
由于n∈N*,且数列{an}为递增数列,结合二次函数的图象(图略)可得-<,解得t>-3,
故t的取值范围是(-3,+∞).
答案:(-3,+∞)
2.若数列中的最大项是第k项,则k=________.
解析:令an=n(n+4),易知an>0,
由=>1,得n<.
由n∈N*得n≤3,于是有a1<a2<a3<a4>a5>…,故k=4.
答案:4
三、定时训练 反馈补偿(10分钟)
1.在数列{an}中,a1=,an=(-1)n·2an-1(n≥2),则a5=( )
A.- B. C.- D.
解析:选B.由an=(-1)n·2an-1及a1=,知a2=,a3=-2a2=-,a4=2a3=-,a5=-2a4=.
2.已知数列{an}的前n项和为Sn=n2-2n+2,则数列{an}的通项公式为( )
A.an=2n-3 B.an=2n+3
C.an= D.an=
解析:选C.当n=1时,a1=S1=1.当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-3.由于n=1时不适合n≥2的解析式,则an=故选C.
3.(2021·四川宜宾高三期末)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,Sn+1=Sn+2an,则a10=( )
A.511 B.512 C.1 023 D.1 024
解析:选B.因为Sn+1=Sn+2an,所以Sn+1-Sn=2an,所以an+1=2an,又a1=1,所以a2=2,a3=22,a4=23,…,a10=29=512.
4.已知数列{an}满足a1=,an=an-1(n≥2),则an=________.
解析:因为an=an-1(n≥2),
所以当n≥2时,=.
所以=,=,…,=,=,
以上n-1个式子两边分别相乘得··…··=··…··,
即=××2×1,所以an=.
当n=1时,a1==,符合an=,
所以数列{an}的通项公式为an=.
答案:
5.已知数列{an}满足a1=1,ln an-ln an-1=1(n≥2),则an=________.
解析:方法一:因为ln an-ln an-1=1(n≥2),
所以ln =1,即=e.
所以an=··…··a1
又因为a1=1符合上式,
所以an=en-1.
方法二:当n≥2时,ln an-ln an-1=1,
所以ln an-1-ln an-2=1,
…
ln a2-ln a1=1.
以上各式两边分别相加可得ln an-ln a1=n-1,
所以ln an=ln a1+n-1=n-1,所以an=en-1;
又n=1时,a1=1也适合上式,
所以an=en-1.
答案:en-1
四、作业
1.整理课堂笔记
2.完成课后练习
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