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必考点02 数列综合问题
题型一 分组转化法
例题1已知数列{an}的前n项和Sn=,n∈N*.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=2an+(-1)nan,求数列{bn}的前2n项和.
【解析】(1)当n=1时,a1=S1=1;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-=n.
a1=1也满足an=n,
故数列{an}的通项公式为an=n.
(2)由(1)知an=n,故bn=2n+(-1)nn.
记数列{bn}的前2n项和为T2n,
则T2n=(21+22+…+22n)+(-1+2-3+4-…+2n).
记A=21+22+…+22n,B=-1+2-3+4-…+2n,
则A==22n+1-2,
B=(-1+2)+(-3+4)+…+[-(2n-1)+2n]=n.
故数列{bn}的前2n项和T2n=A+B=22n+1+n-2.
【解题技巧提炼】
若数列通项是几个数列通项的和或差的组合,如:等差加等比,等比加等比.对于这类数列求和,就是对数列通项进行分解,然后分别对每个数列进行求和.例如:an=bn+cn+…+hn,则=++…+
题型二 错位相减法
例题1设数列{an}的前n项和为Sn,且2Sn=3an-1.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.
【解析】(1)由2Sn=3an-1,①
得2Sn-1=3an-1-1(n≥2),②
①-②,得2an=3an-3an-1,∴=3(n≥2),
又2S1=3a1-1,∴a1=1,
∴{an}是首项为1,公比为3的等比数列,
∴an=3n-1.
(2)由(1)得,bn=,
∴Tn=,
Tn=,
两式相减,得Tn=
,∴Tn=.
【解题技巧提炼】
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,一般是和式两边同乘以等比数列{bn}的公比,然后作差求解.
【提示】
(1)在写“Sn”与“qSn”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”,以便下一步准确写出“Sn-qSn”的表达式.
(2)在应用错位相减法求和时,若等比数列的公比为参数,应分公比等于1和不等于1两种情况求解.
题型三 裂项相消
例题1(2021·福州模拟)已知数列{an}中,a1=1,a2=2,an+1=3an-2an-1(n≥2,n∈N*).设bn=an+1-an.
(1)证明:数列{bn}是等比数列;
(2)设cn=,求数列{cn}的前n项和Sn.
【解析】(1)证明:因为an+1=3an-2an-1(n≥2,n∈N*),bn=an+1-an,
所以====2,
又b1=a2-a1=2-1=1,
所以数列{bn}是以1为首项,2为公比的等比数列.
(2)由(1)知bn=1×2n-1=2n-1,
因为cn=
所以cn=,
所以Sn=c1+c2+…+cn=
例题2已知函数f(x)=xα的图象过点(4,2),令an=,n∈N*.记数列{an}的前n项为Sn,则S2 018=( )
A.-1 B. -1
C. -1 D. +1
【答案】C
【解析】由f(4)=2,可得4α=2,解得α=,则f(x)=.
所以an===,
所以S2 018=a1+a2+a3+…+a2 018=(-)+(-)+(-)+…+(-)=-1.
【解题技巧提炼】
看个性 考法(一)数列的通项公式形如an=时,可转化为an=,此类数列适合使用裂项相消法求和. 考法(二)数列的通项公式形如an=时,可转化为an=,此类数列适合使用裂项相消法求和
找共性 裂项相消法求和的实质和解题关键 裂项相消法求和的实质是将数列中的通项分解,然后重新组合,使之能消去一些项,最终达到求和的目的,其解题的关键就是准确裂项和消项. (1)裂项原则:一般是前边裂几项,后边就裂几项,直到发现被消去项的规律为止. (2)消项规律:消项后前边剩几项,后边就剩几项,前边剩第几项,后边就剩倒数第几项
题型一 分组转化法
1.已知数列{an}的通项公式是an=2n-3,则其前20项和为( )
A.380- B.400-
C.420- D.440-
【答案】C
【解析】 令数列{an}的前n项和为Sn,则S20=a1+a2+…+a20=2(1+2+…+20)-3
2.(2022·焦作模拟)已知{an}为等差数列,且a2=3,{an}前4项的和为16,数列{bn}满足b1=4,b4=88,且数列{bn-an}为等比数列.
(1)求数列{an}和{bn-an}的通项公式;
(2)求数列{bn}的前n项和Sn.
【解析】(1)设{an}的公差为d,
因为a2=3,{an}前4项的和为16,
所以解得
所以an=1+(n-1)×2=2n-1.
设{bn-an}的公比为q,
则b4-a4=(b1-a1)q3,
因为b1=4,b4=88,
所以q3=,
解得q=3,
所以bn-an=(4-1)×3n-1=3n.
(2)由(1)得bn=3n+2n-1,
所以Sn=(3+32+33+…+3n)+(1+3+5+…+2n-1)
=
题型二 错位相减法
1.数列,,,,…的前10项之和为________.
【答案】
【解析】因为S10=+++…+,①
所以S10=++…++.②
①-②得S10=+-
=+-
=--=,
所以S10==.
2.(2022·福州模拟)已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=2an-1.
(1)证明:数列{an}是等比数列;
(2)设bn=(2n-1)an,求数列{bn}的前n项和Tn.
【解析】(1)证明:当n=1时,a1=S1=2a1-1,所以a1=1,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(2an-1)-(2an-1-1),
所以an=2an-1,
所以数列{an}是以1为首项,2为公比的等比数列.
(2)由(1)知,an=2n-1,
所以bn=(2n-1)×2n-1,
所以Tn=1+3×2+5×22+…+(2n-3)×2n-2+(2n-1)×2n-1,①
2Tn=1×2+3×22+…+(2n-3)×2n-1+(2n-1)×2n,②
①-②,得-Tn=1+2×(21+22+…+2n-1)-(2n-1)×2n
=1+2×-(2n-1)×2n
=(3-2n)×2n-3,
所以Tn=(2n-3)×2n+3.
题型三 裂项相消
1.等差数列{an}的前n项和为Sn,a3=3,S4=10,则=________.
【答案】
【解析】设等差数列{an}的首项为a1,公差为d,
依题意有解得
所以Sn=,,
因此
2.正项数列{an}的前n项和Sn满足:S-(n2+n-1)Sn-(n2+n)=0.
(1)求数列{an}的通项公式an;
(2)令bn=,数列{bn}的前n项和为Tn.求证:对于任意的n∈N*,都有Tn<.
【解析】(1)由S-(n2+n-1)Sn-(n2+n)=0,
得[Sn-(n2+n)](Sn+1)=0.
由于{an}是正项数列,所以Sn>0,Sn=n2+n.
于是a1=S1=2,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2+n-(n-1)2-(n-1)=2n.
综上,数列{an}的通项公式为an=2n.
(2)证明:由于an=2n,
故bn==.
故Tn=
=
一、单选题
1.数列中,,对任意 ,若,则 ( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】C
【解析】在等式中,令,可得,,
所以,数列是以为首项,以为公比的等比数列,则,
,
,则,解得.故选:C.
2.设数列为等比数列,且公比,若和是方程的两根,则( )
A.18 B. C.或18 D.10
【答案】A
【解析】由已知,的两根为,因,所以,,从而,所以.故选:A.
3.设关于的不等式的解集中整数的个数为,数列的前1000项组成集合,从中任取4个不同的数,按照从小到大的顺序排列成一个公比为偶数的等比数列,则这样的等比数列的个数为( )
A.125 B.140 C.144 D.146
【答案】D
【解析】由可得,则;
设所求等比数列为,,,,则,即,
所以,;
因为为偶数,所以当时,等比数列有个;
当时,等比数列有个;
当时,等比数列有个;
当时,等比数列有个;
当时,等比数列有个.
所以满足条件的等比数列共有个,故选:D
4.在流行病学中,基本传染数R0是指在没有外力介入,同时所有人都没有免疫力的情况下,一个感染者平均传染的人数.初始感染者传染R0个人,为第一轮传染,这R0个人中每人再传染R0个人,为第二轮传染,…….R0一般由疾病的感染周期 感染者与其他人的接触频率 每次接触过程中传染的概率决定.假设新冠肺炎的基本传染数,平均感染周期为7天,设某一轮新增加的感染人数为M,则当M>1000时需要的天数至少为( )参考数据:lg38≈1.58
A.34 B.35 C.36 D.37
【答案】D
【解析】设第轮感染人数为,则数列为等比数列,其中,公比为,
所以,解得,
而每轮感染周期为7天,所以需要的天数至少为.故选:D.
5.设等比数列的公比为,前项和为.若,,且,,则的值为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】B
【解析】因为,
所以,得到,
因为,所以.
由,得,又,
所以,
因为,则,
所以,解得,故选:B
6.北京天坛的圜丘坛为古代祭天的场所,分上、中、下三层,上层中心有一块圆形石板(称为天心石),环绕天心石砌9块扇面形石板构成第一环,向外每环依次增加9块,下一层的第一环比上一层的最后一环多9块,向外每环依次也增加9块,已知每层环数相同,且下层比中层多729块,则三层共有扇面形石板(不含天心石)( )
A.3699块 B.3474块 C.3402块 D.3339块
【答案】C
【解析】设第n环天石心块数为,第一层共有n环,
则是以9为首项,9为公差的等差数列,,
设为的前n项和,则第一层、第二层、第三层的块数分
别为,因为下层比中层多729块,
所以,
即
即,解得,
所以.故选:C
7.某人于2020年6月1日去银行存款a元,存的是一年定期储蓄,2021年6月1日将到期存款的本息一起取出再加a元之后还存一年定期储蓄,此后每年的6月1日他都按照同样的方法在银行取款和存款.设银行定期储蓄的年利率r不变,则到2025年6月1日他将所有的本息全部取出时,取出的钱共有( )
A.元 B.元 C.元D.元
【答案】D
【解析】设此人2020年6月1日存入银行的钱为元,2021年6月1日存入银行的钱为元,以此类推,则2025年6月1日存入银行的钱为元,那么此人2025年6月1日从银行取出的钱有元.由题意,得,,,……,
,
所以.
故选:D.
8.已知数列中,,且对任意的,都有,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】令,则,又,
,,
累加法求和得:
,
故选:B.
二、多选题
9.在数列中,若(,,为常数),则称为等方差数列,下列对等方差数列的判断正确的有( )
A.若是等差数列,则是等方差数列
B.数列是等方差数列
C.若数列既是等方差数列,又是等差数列,则数列一定是常数列
D.若数列是等方差数列,则数列(,为常数)也是等方差数列
【答案】BCD
【解析】A.设等差数列的通项公式,则,不一定是常数,
所以不是等方差数列,故错误;
B. 因为,所以数列是等方差数列,故正确;
C.因为数列是等方差数列,则,又数列是等差数列,则,
当时,数列是常数列,当时,,所以数列一定是常数列,故正确;
D.数列是因为,
则,
所以,所以数列(,为常数)也是等方差数列,故正确;
故选:BCD
10.《九章算术》是我国古代的数学名著,书中有如下问题:“今有五人分五钱,令上二人所得与下三人等.问各得几何.”其意思为“已知甲、乙、丙、丁、戊五人分5钱,甲、乙两人所得与丙、丁、戊三人所得相同,且甲、乙、丙、丁、戊所得依次成等差数列.问五人各得多少钱?”(“钱”是古代的一种重量单位).关于这个问题,下列说法正确的是( )
A.甲得钱是戊得钱的倍 B.乙得钱比丁得钱多钱
C.甲、丙得钱的和是乙得钱的倍 D.丁、戊得钱的和比甲得钱多钱
【答案】AC
【解析】依题意,设甲、乙、丙、丁、戊所得钱分别为,,,,,且,即,又,
∴,,即,,,,
∴甲得钱,乙得钱,丙得钱,丁得钱,戊得钱,则有如下结论:
甲得钱是戊得钱的倍,故A正确;
乙得钱比丁得钱多钱,故B错误;
甲、丙得钱的和是乙得钱的倍,故C正确;
丁、戊得钱的和比甲得钱多钱,故D错误.故选:AC.
11.等差数列是递增数列,满足,前项和为,下列选项正确的是( )
A. B.
C.当时最小 D.时的最小值为
【答案】ABD
【解析】由题意,设等差数列的公差为,
因为,可得,解得,
又由等差数列是递增数列,可知,则,故A、B正确;
因为,
由可知,当或4时最小,故C错误,
令,解得或,即时的最小值为8,故D正确.
故选:ABD.
12.已知是数列的前项和,且,,则( )
A.数列是等比数列 B.恒成立
C.恒成立 D.恒成立
【答案】BC
【解析】,故,
又,故,
故,,所以A错误,B正确;
,,所以C正确,D错误.故选:BC.
三、填空题
13.已知等比数列中,为其前项之和,,则______
【答案】260
【解析】根据等比数列前n项和的性质,
可知,,成等比数列,
则,即,
解得.故答案为:.
14.在数列中,,则数列的公比___________.
【答案】5
【解析】由条件可知,所以,
所以数列是公比为5的等比数列,即.故答案为:
15.记为等差数列的前项和,若,则___________.
【答案】100
【解析】得
16.数列的首项为1,其余各项为1或2,且在第个1和第个1之间有个2,即数列为:1,2,1,2,2,2,1,2,2,2,2,2,1,…,记数列的前项和为,则__________.(用数字作答)
【答案】3993
【解析】第个1为数列第项,
当时;当时;
所以前2019项有45个1和个2,
因此
四、解答题
17.已知数列为等差数列,公差,前n项和为,,且,,成等比数列.
(1)求数列的通项公式;
(2)设,记数列的前n项和为,求证:.
【解析】(1)由题意得:,,
整理得,因为,所以,
所以,.
(2),,
,
即.
18.已知数列满足,且
(1)求的通项公式;
(2)设,求数列的前项和(用具体数值作答).
【解析】(1)因为,所以,所以为等差数列,设公差为,因为,所以,所以,所以,即
(2)因为,所以
所以,所以
19.设是首项为1的等比数列,数列满足.已知,,成等差数列.
(1)求和的通项公式;
(2)记和分别为和的前n项和.证明:.
【解析】(1)因为是首项为1的等比数列且,,成等差数列,
所以,所以,
即,解得,所以,
所以.
(2)[方法一]:作差后利用错位相减法求和
,
,
.
设, ⑧
则. ⑨
由⑧-⑨得.
所以.
因此.
故.
[方法二]【最优解】:公式法和错位相减求和法
证明:由(1)可得,
,①
,②
①②得 ,
所以,
所以,
所以.
[方法三]:构造裂项法
由(Ⅰ)知,令,且,即,
通过等式左右两边系数比对易得,所以.
则,下同方法二.
[方法四]:导函数法
设,
由于,
则.
又,
所以
,下同方法二.
20.在数列中,已知,.等比数列的首项为,且.
(1)求数列、的通项公式;
(2)求数列的前项和.
【解析】 (1)因为,①
所以当时,,得.
当时,,②
①②得,即,所以.
因为当时也满足,
所以,所以,所以.
设的公比为,则,所以;
(2)因为,所以,
,
两式相减得
,
所以.
21.已知等差数列的前n项和为.
(1)求的通项公式;
(2)数列满足为数列的前n项和,是否存在正整数m,,使得 若存在,求出m,k的值;若不存在,请说明理由.
【解析】(1)设等差数列的公差为d,
由得,解得,
;
(2),
, ,若,则,整理得,
又,,整理得,
解得,
又,,,
∴存在满足题意.
22.已知数列满足,,数列的前项和为.
(1)求数列,的通项公式;
(2)表示不超过的最大整数,如,设的前项和为,令,求证:.
【解析】 (1)由题可知,当n≥2时,
=
当n=1时,也符合上式,
∴;
当时,,
当n=1时,也符合上式,
∴;
(2)由(1)知,
∴,
∵,;
∵,,
,,,
∴
设为数列的前n项和,
则.
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必考点02 数列综合问题
题型一 分组转化法
例题1已知数列{an}的前n项和Sn=,n∈N*.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=2an+(-1)nan,求数列{bn}的前2n项和.
【解题技巧提炼】
若数列通项是几个数列通项的和或差的组合,如:等差加等比,等比加等比.对于这类数列求和,就是对数列通项进行分解,然后分别对每个数列进行求和.例如:an=bn+cn+…+hn,则=++…+
题型二 错位相减法
例题1设数列{an}的前n项和为Sn,且2Sn=3an-1.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.
【解题技巧提炼】
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,一般是和式两边同乘以等比数列{bn}的公比,然后作差求解.
【提示】
(1)在写“Sn”与“qSn”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”,以便下一步准确写出“Sn-qSn”的表达式.
(2)在应用错位相减法求和时,若等比数列的公比为参数,应分公比等于1和不等于1两种情况求解.
题型三 裂项相消
例题1(2021·福州模拟)已知数列{an}中,a1=1,a2=2,an+1=3an-2an-1(n≥2,n∈N*).设bn=an+1-an.
(1)证明:数列{bn}是等比数列;
(2)设cn=,求数列{cn}的前n项和Sn.
例题2已知函数f(x)=xα的图象过点(4,2),令an=,n∈N*.记数列{an}的前n项为Sn,则S2 018=( )
A.-1 B. -1
C. -1 D. +1
【解题技巧提炼】
看个性 考法(一)数列的通项公式形如an=时,可转化为an=,此类数列适合使用裂项相消法求和. 考法(二)数列的通项公式形如an=时,可转化为an=,此类数列适合使用裂项相消法求和
找共性 裂项相消法求和的实质和解题关键 裂项相消法求和的实质是将数列中的通项分解,然后重新组合,使之能消去一些项,最终达到求和的目的,其解题的关键就是准确裂项和消项. (1)裂项原则:一般是前边裂几项,后边就裂几项,直到发现被消去项的规律为止. (2)消项规律:消项后前边剩几项,后边就剩几项,前边剩第几项,后边就剩倒数第几项
题型一 分组转化法
1.已知数列{an}的通项公式是an=2n-3,则其前20项和为( )
A.380- B.400-
C.420- D.440-
2.(2022·焦作模拟)已知{an}为等差数列,且a2=3,{an}前4项的和为16,数列{bn}满足b1=4,b4=88,且数列{bn-an}为等比数列.
(1)求数列{an}和{bn-an}的通项公式;
(2)求数列{bn}的前n项和Sn.
题型二 错位相减法
1.数列,,,,…的前10项之和为________.
2.(2022·福州模拟)已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=2an-1.
(1)证明:数列{an}是等比数列;
(2)设bn=(2n-1)an,求数列{bn}的前n项和Tn.
题型三 裂项相消
1.等差数列{an}的前n项和为Sn,a3=3,S4=10,则=________.
2.正项数列{an}的前n项和Sn满足:S-(n2+n-1)Sn-(n2+n)=0.
(1)求数列{an}的通项公式an;
(2)令bn=,数列{bn}的前n项和为Tn.求证:对于任意的n∈N*,都有Tn<.
一、单选题
1.数列中,,对任意 ,若,则 ( )
A.2 B.3 C.4 D.5
2.设数列为等比数列,且公比,若和是方程的两根,则( )
A.18 B. C.或18 D.10
3.设关于的不等式的解集中整数的个数为,数列的前1000项组成集合,从中任取4个不同的数,按照从小到大的顺序排列成一个公比为偶数的等比数列,则这样的等比数列的个数为( )
A.125 B.140 C.144 D.146
4.在流行病学中,基本传染数R0是指在没有外力介入,同时所有人都没有免疫力的情况下,一个感染者平均传染的人数.初始感染者传染R0个人,为第一轮传染,这R0个人中每人再传染R0个人,为第二轮传染,…….R0一般由疾病的感染周期 感染者与其他人的接触频率 每次接触过程中传染的概率决定.假设新冠肺炎的基本传染数,平均感染周期为7天,设某一轮新增加的感染人数为M,则当M>1000时需要的天数至少为( )参考数据:lg38≈1.58
A.34 B.35 C.36 D.37
5.设等比数列的公比为,前项和为.若,,且,,则的值为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
6.北京天坛的圜丘坛为古代祭天的场所,分上、中、下三层,上层中心有一块圆形石板(称为天心石),环绕天心石砌9块扇面形石板构成第一环,向外每环依次增加9块,下一层的第一环比上一层的最后一环多9块,向外每环依次也增加9块,已知每层环数相同,且下层比中层多729块,则三层共有扇面形石板(不含天心石)( )
A.3699块 B.3474块 C.3402块 D.3339块
7.某人于2020年6月1日去银行存款a元,存的是一年定期储蓄,2021年6月1日将到期存款的本息一起取出再加a元之后还存一年定期储蓄,此后每年的6月1日他都按照同样的方法在银行取款和存款.设银行定期储蓄的年利率r不变,则到2025年6月1日他将所有的本息全部取出时,取出的钱共有( )
A.元 B.元 C.元D.元
8.已知数列中,,且对任意的,都有,则( )
A. B. C. D.
二、多选题
9.在数列中,若(,,为常数),则称为等方差数列,下列对等方差数列的判断正确的有( )
A.若是等差数列,则是等方差数列
B.数列是等方差数列
C.若数列既是等方差数列,又是等差数列,则数列一定是常数列
D.若数列是等方差数列,则数列(,为常数)也是等方差数列
10.《九章算术》是我国古代的数学名著,书中有如下问题:“今有五人分五钱,令上二人所得与下三人等.问各得几何.”其意思为“已知甲、乙、丙、丁、戊五人分5钱,甲、乙两人所得与丙、丁、戊三人所得相同,且甲、乙、丙、丁、戊所得依次成等差数列.问五人各得多少钱?”(“钱”是古代的一种重量单位).关于这个问题,下列说法正确的是( )
A.甲得钱是戊得钱的倍 B.乙得钱比丁得钱多钱
C.甲、丙得钱的和是乙得钱的倍 D.丁、戊得钱的和比甲得钱多钱
11.等差数列是递增数列,满足,前项和为,下列选项正确的是( )
A. B.
C.当时最小 D.时的最小值为
12.已知是数列的前项和,且,,则( )
A.数列是等比数列 B.恒成立
C.恒成立 D.恒成立
三、填空题
13.已知等比数列中,为其前项之和,,则______
14.在数列中,,则数列的公比___________.
15.记为等差数列的前项和,若,则___________.
16.数列的首项为1,其余各项为1或2,且在第个1和第个1之间有个2,即数列为:1,2,1,2,2,2,1,2,2,2,2,2,1,…,记数列的前项和为,则__________.(用数字作答)
四、解答题
17.已知数列为等差数列,公差,前n项和为,,且,,成等比数列.
(1)求数列的通项公式;
(2)设,记数列的前n项和为,求证:.
18.已知数列满足,且
(1)求的通项公式;
(2)设,求数列的前项和(用具体数值作答).
19.设是首项为1的等比数列,数列满足.已知,,成等差数列.
(1)求和的通项公式;
(2)记和分别为和的前n项和.证明:.
20.在数列中,已知,.等比数列的首项为,且.
(1)求数列、的通项公式;
(2)求数列的前项和.
21.已知等差数列的前n项和为.
(1)求的通项公式;
(2)数列满足为数列的前n项和,是否存在正整数m,,使得 若存在,求出m,k的值;若不存在,请说明理由.
22.已知数列满足,,数列的前项和为.
(1)求数列,的通项公式;
(2)表示不超过的最大整数,如,设的前项和为,令,求证:.
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