2023年高考一轮复习第六章数列第四节 数列求和 教案(word版含答案)

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名称 2023年高考一轮复习第六章数列第四节 数列求和 教案(word版含答案)
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资源类型 教案
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科目 数学
更新时间 2022-05-26 14:51:55

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第四节 数列求和
教学目标;
重难点——逐一精研(补欠缺)
方法(一) 分组转化法求和 
1.分组转化求和:数列求和应从通项入手,若无通项,则先求通项,然后通过对通项变形,转化为等差数列或等比数列或可求前n项和的数列求和.
2.分组转化法求和的常见类型
(1)若an=bn±cn,且{bn},{cn}为等差或等比数列,则可采用分组求和法求{an}的前n项和.
(2)通项公式为an=的数列,其中数列{bn},{cn}是等比数列或等差数列,可采用分组求和法求和.
[典例] (2021·北京二模)已知数列{an}的前n项和为Sn,n∈N*, 从条件①:a1=-3;条件②:an+1-an=2;条件③:S2=-4中选择两个作为已知,并完成解答.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设等比数列{bn}满足b2=a4,b3=a7,求数列{an+bn}的前n项和Tn.
[解] (1)(不能选择①③作为已知条件)若选择①②作为已知条件.因为a1=-3,an+1-an=2,所以数列{an}是以a1=-3为首项,d=2为公差的等差数列.所以an=2n-5.若选择②③作为已知条件.因为an+1-an=2,所以数列{an}是以a1为首项,d=2为公差的等差数列.因为S2=-4,所以a1+a2=-4.所以2a1+d=-4,解得a1=-3.所以an=2n-5.
(2)设等比数列{bn}的公比为q,结合(1)可得b2=a4=3,b3=a7=9,所以q==3,所以b1===1. 所以等比数列{bn}的通项公式为bn=b1qn-1=3n-1.所以an+bn=(2n-5)+3n-1.所以 Tn=(a1+b1)+(a2+b2)+…+(an+bn)=(a1+a2+…+an)+(b1+b2+…+bn)=[-3+(-1)+…+(2n-5)]+(1+3+…+3n-1)=+=n2-4n+(3n-1).
[方法技巧] 利用分组转化法求和的3个关键点
会“列方程” 即会利用方程思想求出等差数列与等比数列中的基本量
会“用公式” 会利用等差(比)数列的通项公式,求出所求数列的通项公式
会“分组求和” 观察数列的通项公式的特征,若数列是由若干个简单数列(如等差数列、等比数列、常数列等)组成,则求前n项和时可用分组求和法,把数列分成几个可以直接求和的数列
[针对训练]
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: (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.
方法(二) 裂项相消法求和 
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先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.
[典例] (2021·淄博二模)在①S5=50,②S1,S2,S4成等比数列,③S6=3(a6+2)这三个条件中任选两个,补充到下面问题中,并解答本题.
已知等差数列{an}的公差为d(d≠0),前n项和为Sn,且满足________.
(1)求an;
(2)若bn-bn-1=2an(n≥2),且b1-a1=1,求数列的前n项和Tn.
[解] (1)选择条件①②.由S5=50,得5a1+d=5(a1+2d)=50,即a1+2d=10.由S1,S2,S4成等比数列,得S=S1S4,即4a+4a1d+d2=4a+6a1d,即d=2a1,解得a1=2,d=4,因此an=4n-2.
选择条件①③.由S5=50,得5a1+d=5(a1+2d)=50,即a1+2d=10.由S6=3(a6+2),得=3a1+3a6=3a6+6,即a1=2,解得d=4,因此an=4n-2.
选择条件②③.由S1,S2,S4成等比数列,得S=S1S4,即4a+4a1d+d2=4a+6a1d,则d=2a1.由S6=3(a6+2),得=3a1+3a6=3a6+6,即a1=2,解得d=4,因此an=4n-2.
(2)由a1=2,an=4n-2可得b1=3,bn-bn-1=2an=8n-4.当n≥2时,(bn-bn-1)+(bn-1-bn-2)+…+(b2-b1)=(8n-4)+(8n-12)+…+12==4n2-4,即bn-b1=4n2-4,则bn=4n2-1.当n=1时,b1=3,符合bn=4n2-1,所以当n∈N*时,bn=4n2-1,则==eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),因此Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-+-+…+-))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))=.
[方法技巧] 常见数列的裂项方法
数列(n为正整数) 裂项方法
(k为非零常数) =

=(-)
=-
(a>0,a≠1) loga=loga(n+1)-logan
[提醒] 利用裂项相消法求和时,要注意检验裂项前后是否等价,还要注意求和时正负相消后消去了哪些项,保留了哪些项,切不可漏写未被消去的项.
[针对训练]
(2022·安庆一模)已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足an=Sn+1(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.
解:(1)当n=1时,a1=S1+1,解得a1=2,当n≥2时,an-an-1=Sn+1-Sn-1-1=an,∴=2,又a1=2,∴数列{an}是以2为首项,2为公比的等比数列,∴an=2n.
(2)∵bn===-,∴Tn=+++…+=1-=.
方法(三) 错位相减法求和 
1.适用条件
若{an}是公差为d(d≠0)的等差数列,{bn}是公比为q(q≠1)的等比数列,求数列{an·bn}的前n项和Sn.
2.注意事项
(1)在写出Sn与qSn的表达式时,应特别注意将两式“错位对齐”,以便下一步准确写出Sn-qSn;
(2)作差后,应注意减式中所剩各项的符号要变号.
[典例] (2021·全国乙卷)设{an}是首项为1的等比数列,数列{bn}满足bn=.已知a1,3a2,9a3成等差数列.
(1)求{an}和{bn}的通项公式;
(2)记Sn和Tn分别为{an}和{bn}的前n项和.证明:Tn<.
[解] (1)设等比数列{an}的公比为q.∵a1,3a2,9a3成等差数列,∴6a2=a1+9a3,即6q=1+9q2,解得q=.∴an=n-1,∴bn==nn.
(2)证明:由(1)得,Sn==-×n-1.Tn=1×1+2×2+3×3+…+nn ①,
则Tn=1×2+2×3+3×4+…+nn+1 ②.
①-②,得Tn=1+2+3+…+n-nn+1=-nn+1=-×n,∴Tn=-×n.∵=-×n-1=-×n,且3+2n>3,∴当n为正整数时,Tn<.
[方法技巧] 错位相减法求和的基本步骤
[针对训练]
已知数列{an}满足a1=1,an+1=5an(n∈N*),数列{bn}是公差不为0的等差数列.若{bn}满足______,________.在①b1,b2,b4成等比数列,②a2=b1+b4,③b2n=2bn+1(n∈N*)这三个条件中任选两个,补充到上面的问题中,使问题中的数列{bn}存在,求数列的前n项和Sn.
解:数列{an}满足a1=1,an+1=5an(n∈N*),则数列{an}为等比数列,其公比为5,所以an=5n-1 .
选择①②,设数列{bn}的公差为d (d≠0).因为b1,b2,b4成等比数列,所以b=b1b4,即(b1+d)2=b1(b1+3d),即b+2b1d+d2=b+3b1d,由d≠0,则d=b1,因为a2=b1+b4,又a1=1,an+1=5an,得a2=5,所以b1+b1+3d=5,即3d+2b1=5d=5,所以d=b1=1,所以bn=n,所以=.
Sn=1+++…+ (1),
Sn=++…++ (2),
(1)-(2)得:Sn=1+++…+-=-,解得Sn=·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))-.
选择①③,设数列{bn}的公差为d(d≠0).由③可知,b2=2b1+1,b4=2b2+1=2(2b1+1)+1=4b1+3,由①,因为b1,b2,b4成等比数列,所以b=b1b4,即(2b1+1)2=b1(4b1+3),解得b1=-1,所以b2=-1,则d=0,与题意矛盾,故数列{bn}不存在,不应选①③.
选择②③,设数列{bn}的公差为d(d≠0).由③可知,b2=2b1+1,b4=2b2+1=2(2b1+1)+1=4b1+3=b1+3d,解得b1=d-1,因为a2=b1+b4,又a1=1,an+1=5an,得a2=5,所以b1+b1+3d=5,即2(d-1)+3d=5,解得d=,b1=,因此bn=n-1,所以=,Sn=+++…+ (3),
Sn=++…++ (4),
(3)-(4)得:Sn=++…+-=+·-,解得Sn=-.
非等差(比)数列的奇偶项求和问题
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[典例] 已知等差数列{an}的公差为2,前n项和为Sn,且S1,S2,S4成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)令bn=(-1)n-1,求数列{bn}的前n项和Tn.
[解] (1)∵等差数列{an}的公差为2,前n项和为Sn,Sn=na1+d=n2-n+na1,S1,S2,S4成等比数列,∴S=S1·S4,∴(22-2+2a1)2=a1·(42-4+4a1),化为(1+a1)2=a1(3+a1),解得a1=1,∴an=a1+(n-1)d=1+2(n-1)=2n-1.
(2)由(1)可得bn=(-1)n-1=(-1)n-1·=(-1)n-1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+)),Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))-…+(-1)n-1·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+)).当n为偶数时,Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))-…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))=1-=.当n为奇数时,Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))-…-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))=1+=.综上,Tn=
(1)解决奇偶项问题的难点在于搞清数列奇数项和偶数项的首项、项数、公差(比)等.在解决问题中,感悟分类讨论等思想在解题中的有效运用.
(2)在讨论的时候特别注意分清楚n为奇数、n为偶数时最后一项到底加到哪里停止.  
[针对训练]
已知{an}为等差数列,{bn}为等比数列,a1=b1=1,a5=5(a4-a3),b5=4(b4-b3).
(1)求{an}和{bn}的通项公式;
(2)记{an}的前n项和为Sn,求证:SnSn+2(3)对于任意的n∈N*,设cn=求数列{cn}的前2n项和.
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q.由a1=1,a5=5(a4-a3),可得d=1.从而{an}的通项公式为an=n.由b1=1,b5=4(b4-b3),又q≠0,可得q2-4q+4=0,解得q=2,从而{bn}的通项公式为bn=2n-1.
(2)证明:由(1)可得Sn=,故SnSn+2=n(n+1)(n+2)(n+3),S=(n+1)2(n+2)2,从而SnSn+2-S=-(n+1)(n+2)<0,所以SnSn+2(3)当n为奇数时,cn===-,当n为偶数时,cn==,对任意n∈N*,有c2k-1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))=-1,和c2k= =+++…++ ①,由①得c2k=+++…++ ②,由①-②得c2k=++…+-=eq \f(\f(2,4) ,1-\f(1,4))--=-,从而得c2k=-.因此,ck=c2k-1+c2k=--.所以,数列{cn}的前2n项和为--.
细微点——优化完善(扫盲点)
一、全面清查易错易误点
1.(利用裂项相消法求和时漏项或添项)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且a9=a12+6,a2=4,则数列的前10项和为(  )
A. B. C. D.
解析:选B 设等差数列{an}的公差为d,由a9=a12+6及等差数列的通项公式得a1+5d=12,又a2=4,所以a1=2,d=2,所以Sn=n2+n,所以==-,所以++…+=++…+=1-=.
2.(错位相减时对项的位置处理不当及最后一项忘变号)数列{an}满足=-,a1=1,a5=,bn=,则数列{bn}的前n项和为Sn=________.
解析:数列{an}满足=-,即数列{an}满足+=,∴数列是等差数列,设公差为d.则9==+4d,解得d=2.∴=1+2(n-1)=2n-1,∴bn==(2n-1)·2n,则数列{bn}的前n项和为Sn=2+3×22+5×23+…+(2n-1)·2n,2Sn=22+3×23+…+(2n-3)·2n+(2n-1)·2n+1,相减可得:-Sn=2+2(22+23+…+2n)-(2n-1)·2n+1=2×-2-(2n-1)·2n+1,化为Sn=(2n-3)·2n+1+6.
答案:(2n-3)·2n+1+6
3.(裂项时忽视等比数列的系数)已知数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1())的前n项和为Tn,若对任意的n∈N*,不等式12Tn解析:因为=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),所以Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-+-+-+…+-))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))=-·<,又因为12Tn答案:(-∞,-2]∪[3,+∞)
二、融会贯通应用创新题
4.(借助数学文化)(多选)提丢斯?波得定律是关于太阳系中行星轨道的一个简单的几何学规则.它是在1766年德国的一位中学教师戴维·提丢斯提出的,后来被柏林天文台的台长波得归纳成了一个经验公式来表示,即数列{an}:0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10,19.6,…,表示的是太阳系第n颗行星与太阳的平均距离(以天文单位A.U.为单位).现将数列{an}的各项乘以10后再减4,得到数列{bn},可以发现数列{bn} 从第3项起,每一项是前一项的2倍,则下列说法正确的是(  )
A.数列{bn}的通项公式为bn=3×2n-2
B.数列{an}的第2 021项为0.3×22 020+0.4
C.数列{an}的前n项和Sn=0.4n+0.3×2n-1-0.3
D.数列{nbn}的前n项和Tn=3(n-1)×2n-1
解析:选CD 数列{an}的各项乘以10再减4得到数列{bn}:0,3,6,12,24,48,96,192,…,故该数列从第2项起构成公比为2的等比数列,所以bn=故A错误.从而an==所以a2 021=0.3×22 019+0.4,故B错误.当n=1时,S1=a1=0.4;当n≥2时,Sn=a1+a2+…+an=0.4+0.3×(20+21+…+2n-2)+0.4(n-1)=0.4n+0.3×=0.4n+0.3×2n-1-0.3.当n=1时,S1=0.4也符合上式,所以Sn=0.4n+0.3×2n-1-0.3,故C正确.因为nbn=所以当n=1时,T1=b1=0,当n≥2时,Tn=b1+2b2+3b3+…+nbn=0+3(2×20+3×21+4×22+…+n×2n-2),2Tn=3(2×21+3×22+4×23+…+n×2n-1),两式相减得-Tn=3(2+21+22+…+2n-2-n×2n-1)=32+-n×2n-1=3(1-n)×2n-1,所以Tn=3(n-1)×2n-1.又当n=1时,T1也满足上式,所以Tn=3(n-1)×2n-1,故D正确.
5.(创新命题情境)(2021·新高考Ⅰ卷)某校学生在研究民间剪纸艺术时,发现剪纸时经常会沿纸的某条对称轴把纸对折.规格为20 dm×12 dm的长方形纸,对折1次共可以得到10 dm×12 dm,20 dm×6 dm两种规格的图形,它们的面积之和S1=240 dm2,对折2次共可以得到5 dm×12 dm,10 dm×6 dm,20 dm×3 dm三种规格的图形,它们的面积之和S2=180 dm2,以此类推.则对折4次共可以得到不同规格图形的种数为________;如果对折n次,那么k=________dm2.
解析:由题意知,对折3次可以得到12 dm×2.5 dm,6 dm×5 dm,3 dm×10 dm,1.5 dm×20 dm四种规格的图形,面积之和S3=120 dm2,对折4次可以得到12 dm×1.25 dm,6 dm×2.5 dm,3 dm×5 dm,1.5 dm×10 dm,0.75 dm×20 dm五种规格的图形,面积之和S4=75 dm2.因为S1=240 dm2=(120×2)dm2,S2=180 dm2=(60×3)dm2,S3=120 dm2=(30×4)dm2,S4=75 dm2=(15×5)dm2,以此类推,Sn=120(n+1)·n-1.令an=(n+1)·n-1,则其前n项和Tn=2×1+3×+4×+…+(n+1)n-1,则Tn=2×+3×+4×+…+(n+1)n.两式相减,得Tn=2++++…+n-1-(n+1)n=2+-(n+1)n.整理,得Tn=6-,所以k=120Tn=120.
答案:5 120
[课时验收评价]
一、点全面广强基训练
1.在数列{an}中,a1=-60,an+1=an+3,则|a1|+|a2|+…+|a30|=(  )
A.495 B.765 C.1 080 D.3 105
解析:选B 由a1=-60,an+1=an+3可得an=3n-63,则a21=0,|a1|+|a2|+…+|a30|=60+57+…+3+0+3+…+27=765.
2.在数列{an}中,a1=,且(n+2)an+1=nan,则它的前20项和S20=(  )
A. B. C. D.
解析:选C 由题意得=,则××…×=×××…×××,即=,故an=×a1=-,则Sn=1-+-+-+…+-=,故S20=.
3.(多选)已知公差为d的等差数列{an}满足a2=5,a6+a8=30,则下列选项正确的有(  )
A.d=2
B.an=2n+1
C.=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+))
D.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1())的前n项和为
解析:选ABD ∵{an}是等差数列,∴a6+a8=2a7=30,∴a7=15,∴a7-a2=5d,又a2=5,则d=2,A正确;∴an=a2+(n-2)d=2n+1,B正确;∴==eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),C错误;∴eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1())的前n项和为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))=,D正确.故选A、B、D.
4.(多选)古埃及同中国一样,也是世界上著名的文明古国.古埃及人在进行分数运算时,只使用分子是1的分数,因此这种分数叫做埃及分数,或者叫单分子分数.埃及分数求和是一个古老而有趣的数学问题,下面的几个埃及分数求和正确的是(  )
A.+++++=
B.+++…+=
C.++=
D.++…+=
解析:选ACD 对于A选项,+++++=+++++=eq \f(\f(1,2) ,1-\f(1,2))=,A选项正确;对于B选项,因为==eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),所以+++…+=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-+-+-+…+-))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))=,B选项错误;对于C选项,++=+=,C选项正确;对于D选项,===-,所以++…+=1-+-+…+-=,D选项正确.
5.已知数列{an}的通项公式为an=(-1)n(2n-1),则数列{an}的前n项和Sn=________.
解析:当n=2k(k∈N*)时,Sn=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(an-1+an)=(-1+3)+(-5+7)+…+[-(2n-3)+(2n-1)]=2+2+…+2=2k=n;当n=2k-1(k∈N*)时,Sn=Sn-1+an=(n-1)-(2n-1)=-n.综上,Sn==(-1)nn.
答案:(-1)nn
6.设Sn是数列{an}的前n项和,且a1=1,an+1+SnSn+1=0,则Sn=________,数列{SnSn+1}的前n项和Tn为________.
解析:∵an+1=Sn+1-Sn,an+1+SnSn+1=0,∴Sn+1-Sn+SnSn+1=0,∴-=1.又∵==1,∴eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1())是以1为首项,1为公差的等差数列,∴=n,∴Sn=.∴SnSn+1==-,∴Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))=1-=.
答案: 
7.(2021·新高考Ⅰ卷)已知数列{an}满足a1=1,an+1=
(1)记bn=a2n,写出b1,b2,并求数列{bn}的通项公式;
(2)求{an}的前20项和.
解:(1)由题意,得b1=a2=a1+1=2,b2=a4=a3+1=a2+2+1=5.易得a2n+2=a2n+1+1,a2n+1=a2n+2,所以a2n+2=a2n+3,即bn+1=bn+3,所以bn=2+3(n-1)=3n-1.
(2)由(1)可得a2n=3n-1,a2n-1=a2n-2+2=bn-1+2=3n-2.所以a19=3×10-2=28,a20=3×10-1=29.所以{an}的前20项的和为(a1+a3+…+a19)+(a2+a4+…+a20)=×10+×10=300.
8.在①bn=;②bn=|log2an-3|;③bn=n+an这三个条件中任选一个,补充在下面问题中,并完成问题的解答.
问题:已知数列{an}是首项为1的等比数列,且a2+1是a1和a3+1的等差中项.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记________,求数列{bn}的前n项和Tn.
解:(1)设数列{an}的公比为q,因为a2+1是a1和a3+1的等差中项,所以2(a2+1)=a1+a3+1,又因为a1=1,所以2(q+1)=2+q2,即q2-2q=0,所以q=2或q=0(舍去),所以an=2n-1.
(2)选择条件①,由(1)知an=2n-1,则bn=,所以Tn=++…+=1-+-+…+-=1-=,所以Tn=.
选择条件②,由(1)知an=2n-1,bn=|log2an-3|=|n-4|,当04时,bn=n-4,所以bn=Tn=3+2+1+0+(n-4)=,所以Tn=
选择条件③,由(1)知an=2n-1,则bn=n+2n-1,所以Tn=1+2+…+n+20+21+…+2n-1=+=+2n-1.
二、重点难点培优训练
1.“垛积术”(隙积术)是由北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中首创,南宋数学家杨辉、元代数学家朱世杰丰富和发展的一类数列求和方法,有菱草垛、方垛、刍童垛、三角垛等等.某仓库中部分货物堆放成如图所示的“菱草垛”:自上而下,第一层1件,以后每一层比上一层多1件,最后一层是n件,已知第一层货物单价1万元,从第二层起,货物的单价是上一层单价的.若这堆货物总价是25-65n万元,则n的值为(  )
A.7    B.8    C.9    D.10
解析:选B 由题意,可设这堆货物的总价为Sn,则Sn=1+2×+3×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())2+…+neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n-1,Sn=+2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())2+…+(n-1) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n-1+neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n,两式相减可得Sn=1++eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())2+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n-1-neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n=eq \f(1-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n,1-\f(4,5))-neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n=5-(n+5) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n ,所以Sn=25-5(n+5) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n,当Sn=25-5(n+5)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n=25-65·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1())n时,解得n=8.
2.(2022·九江市第三中学高三月考)已知正项数列{an}的前n项和为Sn,且满足S2=3,a-anan+1=2a,bn=,记数列{bn}的前n项和为Tn,若对于任意的n∈N*,不等式λ(1-Tn)≥恒成立,则实数λ的取值范围为(  )
A.[0,+∞) B.
C. D.
解析:选B 由a-anan+1=2a,得(an+1+an)(an+1-2an)=0,∵an>0,∴an+1=2an,又S2=3,∴a1+a2=3a1=3,∴a1=1,∴{an}是以1为首项,2为公比的等比数列,∴an=2n-1,∴bn===-,∴Tn=-+-+…+-=1-,λ(1-Tn)≥恒成立等价于λ≥恒成立.令f(n)=,n∈N*,则f(n+1)-f(n)=-==,∴当n≤4时,f(n+1)≥f(n),当n>5时,f(n+1)3.已知数列{an}为等差数列,首项为2,公差为3,数列{bn}为等比数列,首项为2,公比为2,设cn=abn,Tn为数列{cn}的前n项和,则当Tn<2 022时,n的最大值是________.
解析:由题意得an=2+3×(n-1)=3n-1,bn=2·2n-1=2n,cn=a=a=3×2n-1,所以Tn=c1+c2+c3+…+cn=3×21-1+3×22-1+3×23-1+…+3×2n-1=3×(21+22+23+…+2n)-n=3×-n =3×2n+1-6-n,当n=8时,T8=3×29-6-8=1 522<2 022;当n=9时,T9=3×210-6-9=3 057>2 022,所以n的最大值为8.
答案:8
4.(2022·长沙模拟)某同学在复习数列时,发现曾经做过的一道题目因纸张被破坏,导致一个条件看不清(即下题中“已知”后面的内容看不清),但在①的后面保留了一个“答案:S1,S3,S2成等差数列”的记录,具体如下:
记等比数列{an}的前n项和为Sn,已知________.
①判断S1,S2,S3的关系;(答案:S1,S3,S2成等差数列)
②若a1-a3=3,记bn=|an|,求证:b1+b2+…+bn<.
(1)请在本题条件的“已知”后面补充等比数列{an}的首项a1的值或公比q的值(只补充其中一个值),并说明你的理由;
(2)利用(1)补充的条件,完成②的证明过程.
解:(1)条件的“已知”后面补充“公比q=-”,理由如下:由S1,S3,S2成等差数列,得S1+S2=2S3,即a1+(a1+a1q)=2(a1+a1q+a1q2).因为a1≠0,故上式可化简为2q2+q=0,因为q≠0,解得q=-.
(2)证明:因为a1-a3=3,所以a1-a12=3,解得a1=4,所以an=4·n-1.由bn=|an|,得bn=×4×=.记b1+b2+…+bn=Tn,
则Tn=,①
Tn=,②
由①-②,得Tn=1++++…+-==,所以Tn==-·<.
5.(2021·重庆七校三模)已知数列{an}是递增的等比数列,且各项均为正数,其前n项和为Sn,a1·a5=81,S2,a3,a4-S3成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若________,求{an·bn}的前n项和Pn,并求Pn的最小值.
从以下所给的三个条件中任选一个,补充到上面的横线上,并解答此问题.
①数列{bn}满足b1=,3bn+1=·bn(n∈N*);
②数列{bn}的前n项和Tn=n2(n∈N*);
③数列{bn}的前n项和Tn满足6Tn-bn=5(n∈N*).
解:(1)设数列{an}的公比为q,则由an>0,a1·a5=81,得a=81,所以a3=9.因为S2,a3,a4-S3成等差数列,所以2a3=S2+a4-S3,即3a3=a4,所以q==3,所以a1=1,所以an=3n-1.
(2)选择①:因为b1=,3bn+1=·bn(n∈N*),所以=·(n∈N*),所以=×,=×,=×,…,=×(n≥2),所以××…×=×(n≥2),所以bn=·(n≥2),当n=1时该式也成立.故bn=·(n∈N*).所以an·bn==-,所以Pn=++…+-=1-=.因为{Pn}是递增的,所以Pn的最小值为P1=.
选择②:由Tn=n2可知,当n=1时,b1=T1=1,当n≥2时,bn=Tn-Tn-1=n2-(n-1)2=2n-1,当n=1时b1也满足该式.所以bn=2n-1,所以anbn=(2n-1)·3n-1,所以Pn=1×1+3×3+5×32+…+(2n-1)×3n-1,3Pn=1×3+3×32+5×33+…+(2n-1)×3n,所以Pn=(n-1)·3n+1.因为{Pn}是递增的,所以Pn的最小值为P1=1.
选择③:6Tn-bn=5(n∈N*),所以6Tn-1-bn-1=5(n≥2),两式相减得6(Tn-Tn-1)-(bn-bn-1)=0,即5bn+bn-1=0(n≥2),所以=-(n≥2).由6T1-b1=5,得b1=1.所以数列{bn}是以1为首项,-为公比的等比数列,所以bn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))n-1,所以anbn=n-1,所以Pn==eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-n)).当n为奇数时,n<0,故Pn>.当n为偶数时,n>0,故Pn<,此时Pn=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-n))是递增的,所以当n=2时,Pn取得最小值,为×=.
阶段综合·融会建模 
综合考法一 等差、等比数列的综合问题
[典例] 数列{an}的前n项和记为Sn,a1=1,an+1=2Sn+1(n≥1).
(1)求{an}的通项公式;
(2)等差数列{bn}的各项为正,其前n项和为Tn,且T3=15,又a1+b1,a2+b2,a3+b3成等比数列,求Tn.
[解] (1)由an+1=2Sn+1,可得an=2Sn-1+1(n≥2),两式相减得an+1-an=2an,则an+1=3an(n≥2).因为a1=S1=1,a2=2S1+1=3,所以a2=3a1.故{an}是首项为1,公比为3的等比数列,所以an=3n-1.
(2)设等差数列{bn}的公差为d.由T3=15,即b1+b2+b3=15,可得b2=5,故b1=5-d,b3=5+d.又a1=1,a2=3,a3=9,且由a1+b1,a2+b2,a3+b3成等比数列可得(1+5-d)(9+5+d)=(3+5)2,解得d=2或d=-10.因为等差数列{bn}的各项为正,所以d>0.所以d=2,b1=3,所以Tn=3n+×2=n2+2n.
[方法技巧]
等差、等比数列的综合问题的解题技巧
(1)将已知条件转化为等差与等比数列的基本量之间的关系,利用方程思想、通项公式和前n项和公式求解.求解时,应“瞄准目标”,灵活应用数列的有关性质,简化运算过程.求解过程中注意合理选择有关公式,正确判断是否需要分类讨论.
(2)一定条件下,等差数列与等比数列之间是可以相互转化的,即{an}为等差数列 {aan}(a>0且a≠1)为等比数列;{an}为正项等比数列 {logaan}(a>0且a≠1)为等差数列.  
[针对训练]
设{an}是等差数列,其前n项和为Sn(n∈N*);{bn}是等比数列,公比大于0,其前n项和为Tn(n∈N*),已知b1=1,b3=b2+2,b4=a3+a5,b5=a4+2a6.
(1)求Sn和Tn;
(2)若Sn+(T1+T2+…+Tn)=an+4bn,求正整数n的值.
解:(1)设等比数列{bn}的公比为q(q>0).由b1=1,b3=b2+2,可得q2-q-2=0.因为q>0,可得q=2,故bn=2n-1.所以Tn==2n-1.设等差数列{an}的公差为d.由b4=a3+a5,可得a1+3d=4 ①.由b5=a4+2a6,可得3a1+13d=16 ②.联立①②解得a1=1,d=1,故an=n,所以Sn=.
(2)由(1),有T1+T2+…+Tn=(21+22+…+2n)-n=-n=2n+1-n-2.由Sn+(T1+T2+…+Tn)=an+4bn,可得+2n+1-n-2=n+2n+1,整理得n2-3n-4=0,解得n=4或n=-1(舍去).所以n的值为4.
综合考法二 数列的实际应用问题
[典例] 实施“二孩”政策后,专家估计某地区人口总数将发生如下变化:从2021年开始到2030年,每年人口总数比上一年增加0.5万人,从2031年开始到2040年,每年人口总数为上一年的99%.已知该地区2020年人口总数为45万.
(1)求实施“二孩”政策后第n年的人口总数an(单位:万人)的表达式(记2021年为第一年);
(2)若“二孩”政策实施后,2021年到2040年人口平均值超过49万,则需调整政策,否则继续实施,问到2040年结束后是否需要调整政策?(参考数据:0.9910≈0.9)
[思维导引]
(1)根据题意可知{an}是分段数列,其中第一段是等差数列,第二段是等比数列,根据等差、等比数列的通项公式即可得到an的表达式;(2)设数列{an}的前n项和为Sn,根据等差、等比数列的前n项和公式求出S20,并比较与49的大小,即可得出结论.
[解] (1)由题意知,当1≤n≤10时,数列{an}是首项为45.5,公差为0.5的等差数列,可得an=45.5+0.5×(n-1)=0.5n+45,则a10=50;当11≤n≤20时,数列{an}是公比为0.99的等比数列,则an=50×0.99n-10.故实施“二孩”政策后第n年的人口总数an(单位:万人)的表达式为an=
(2)设Sn为数列{an}的前n项和.从2021年到2040年共20年,由等差数列及等比数列的求和公式得S20=S10+(a11+a12+…+a20)=477.5+4 950×(1-0.9910)≈972.5.所以“二孩”政策实施后,2021年到2040年人口平均值为≈48.63<49,故不需要调整政策.
[方法技巧] 数列在实际应用中的常见模型
等差模型 如果增加(或减少)的量是一个固定的数,则该模型是等差模型,这个固定的数就是公差
等比模型 如果后一个量与前一个量的比是一个固定的非零常数,则该模型是等比模型,这个固定的数就是公比
递推数列模型 如果题目中给出的前后两项之间的关系不固定,随项的变化而变化,则应考虑考查的是第n项an与第(n+1)项an+1(或者相邻三项等)之间的递推关系还是前n项和Sn与前(n+1)项和Sn+1之间的递推关系
[针对训练]
一件家用电器用分期付款的方式购买,单价为1 150元,购买当天先付150元,以后每月这一天都交付50元,并加付欠款利息,月利率为1%.若交付150元后的第1个月为分期付款的第1个月,问分期付款的第10个月应付多少钱?全部货款付清后,买这件家用电器实际花了多少钱?
解:购买当天付了150元,欠款1 000元,每月付50元,分20次付完.设每月的付款数依次组成数列{an},则a1=50+1 000×0.01=60,a2=50+(1 000-50)×0.01=60-0.5=59.5,a3=50+(1 000-50×2)×0.01=60-0.5×2=59,…,a10=60-0.5×9=55.5,…,an=60-0.5(n-1)(1≤n≤20).所以数列{an}是等差数列,公差d=-0.5,全部货款付清后付款总数为S20+150=+150=(2a1+19d)×10+150=(2×60-19×0.5)×10+150=1 255.故第10个月应交付55.5元.全部货款付清后,买这件家用电器实际花了1 255元.
综合考法三 数列与不等式相结合
数列与不等式知识相结合的考查方式主要有三种:一是判断数列问题中的一些不等关系;二是以数列为载体,考查不等式的恒成立问题;三是考查与数列问题有关的不等式的证明.
[典例] 已知正项数列{an}的前n项和为Sn,且a1=2,4Sn=anan+1(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1())的前n项和为Tn,求证:<Tn<.
[解] (1)∵4Sn=anan+1,n∈N*,∴4a1=a1·a2,又a1=2,则a2=4.当n≥2时,4Sn-1=an-1an,得4an=anan+1-an-1an.由题意知an≠0,∴an+1-an-1=4.当n=2k+1,k∈N*时,a2k+2-a2k=4,即a2,a4,…,a2k是首项为4,公差为4的等差数列,∴a2k=4+(k-1)×4=4k=2×2k;当n=2k,k∈N*时,a2k+1-a2k-1=4,即a1,a3,…,a2k-1是首项为2,公差为4的等差数列,∴a2k-1=2+(k-1)×4=4k-2=2(2k-1).综上可知,an=2n,n∈N*.
(2)证明:∵=>=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),∴Tn=++…+>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-+-+…+-))==.又∵=<==eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),∴Tn=++…+<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-+-+…+-))=<.综上,<Tn<.
[方法技巧]
数列与不等式相结合问题的解题策略
(1)数列与不等式的综合问题,如果是证明题,要灵活选择不等式的证明方法,如比较法、综合法、分析法、放缩法等;如果是解不等式,往往采用因式分解法或数轴穿根法等.
(2)用放缩法证明与数列求和有关的不等式,一般有两种方法:一种是求和后再放缩;一种是放缩后再求和.放缩时,一要注意放缩的尺度,二要注意从哪一项开始放缩.  
[针对训练]
(2022·南京二十九中月考)设等差数列{an}的前n项和为Sn,且a1=0,S6=3(a7-1).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=2an,求满足不等式+++…+>(b1+b2+b3+…+bn)的正整数n的集合.
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,
由a1=0,S6=3(a7-1)得d=3(6d-1),解得d=1,
所以an=n-1.
(2)由(1)得bn=2n-1,
则b1+b2+…+bn==2n-1,++…+==2-.
不等式+++…+>(b1+b2+b3+…+bn)即2->(2n-1),即22n-9×2n+8<0,所以1<2n<8,所以1故满足题意的正整数n的集合为{1,2}.
[课时验收评价]
1.已知函数f(x)=ax2+bx的图象经过(-1,0)点,且在x=-1处的切线斜率为-1.设数列{an}的前n项和Sn=f(n)(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求数列前n项的和Tn.
解:(1)函数f(x)=ax2+bx的图象经过(-1,0)点,则a-b=0,即a=b ①.
因为f′(x)=2ax+b,函数f(x)=ax2+bx在x=-1处的切线斜率为-1,所以-2a+b=-1 ②.
由①②得a=1,b=1,所以数列{an}的前n项和Sn=f(n)=n2+n.当n≥2时,Sn-1=(n-1)2+(n-1),所以an=Sn-Sn-1=2n.当n=1时,a1=2符合上式,则an=2n.
(2)由于an=2n,则==-,则Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-+-+…+-))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-))=.
2.给定一个数列{an},在这个数列中,任取m(m≥3,m∈N*)项,并且不改变它们在数列{an}中的先后次序,得到的数列称为数列{an}的一个m阶子数列.已知数列{an}的通项公式为an=(n∈N*,a为常数),等差数列a2,a3,a6是数列{an}的一个3阶子数列.
(1)求a的值;
(2)设等差数列b1,b2,…,bm是{an}的一个m(m≥3,m∈N*)阶子数列,且b1=(k为常数,k∈N*,k≥2),求证:m≤k+1.
解:(1)因为a2,a3,a6成等差数列,所以a2-a3=a3-a6.又因为a2=,a3=,a6=,所以-=-,解得a=0.
(2)证明:设等差数列b1,b2,…,bm的公差为d.因为b1=,所以b2≤,从而d=b2-b1≤-=-.所以bm=b1+(m-1)d≤-.又因为bm>0,所以->0.即m-1<k+1,所以m<k+2.又因为m,k∈N*,所以m≤k+1.
3.在等比数列{an}中,an>0(n∈N*),公比q∈(0,1),且a1a5+2a3a5+a2a8=25,又a3与a5的等比中项为2.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=log2an,求数列{bn}的前n项和Sn;
(3)是否存在k∈N*,使得++…+解:(1)因为a1a5+2a3a5+a2a8=25,所以a+2a3a5+a=25,所以(a3+a5)2=25,又an>0,所以a3+a5=5,又a3与a5的等比中项为2,所以a3a5=4,而q∈(0,1),所以a3>a5,所以a3=4,a5=1,所以q=,a1=16,所以an=16×n-1=25-n.
(2)因为bn=log2an=5-n,所以bn+1-bn=-1,又b1=5-1=4,所以{bn}是以4为首项,-1为公差的等差数列,所以Sn=.
(3)由(2)知Sn=,所以=.当n≤8时,>0;当n=9时,=0;当n>9时,<0.所以当n=8或n=9时,+++…+=18最大.故存在k∈N*,使得++…+4.某商店投入81万元经销某种纪念品,经销时间共60天,市场调研表明,该商店在经销这一产品期间第n天的利润an=(单位:万元,n∈N*).为了获得更多的利润,商店将每天获得的利润投入到次日的经营中,记第n天的利润率bn=.例如,b3=.
(1)求b1,b2的值;
(2)求第n天的利润率bn.
解:(1)当n=1时,b1=;当n=2时,b2=.
(2)当1≤n≤20时,a1=a2=a3=…=an-1=an=1,所以bn==;当21≤n≤60时,bn====.所以第n天的利润率bn=
5.已知数列{an}满足对任意的n∈N*,都有a+a+…+a=(a1+a2+…+an)2,且an>0.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设数列的前n项和为Sn,不等式Sn>loga(1-a)对任意的正整数n恒成立,求实数a的取值范围.
解:(1)由a+a+…+a=(a1+a2+…+an)2知a+a+…+a=(a1+a2+…+an+1)2,则a=(a1+a2+…+an+1)2-(a1+a2+…+an)2=an+1[2(a1+a2+…+an)+an+1].又an>0,所以a=2(a1+a2+…+an)+an+1,则a=2(a1+a2+…+an-1)+an(n≥2),故a-a=an+an+1,因为an>0,所以an+1-an=1(n≥2).又a=a,所以a1=1.又a=2a1+a2,an>0,所以a2=2,所以a2-a1=1,即当n≥1时,有an+1-an=1,所以数列{an}是首项为1,公差为1的等差数列,故an=n.
(2)由(1)知an=n,则==eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-)),所以Sn=++…+=+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))+…+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-))=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+)),则Sn+1-Sn=>0,所以数列{Sn}单调递增,所以(Sn)min=S1=.要使不等式Sn>loga(1-a)对任意的正整数n恒成立,只要>loga(1-a)即可.易知0<a<1,则1-a>a,解得0<a<.所以实数a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,)).
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