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数 列
微专题1 数列的基本运算
小题考法1
PART
01
小题考法1 等差、等比数列基本量的运算
[核心提炼]
1.通项公式
等差数列:an=a1+(n-1)d;
等比数列:an=a1qn-1(q≠0).
√
√
数列基本量运算的解题策略
(1)在等差(比)数列中,首项a1和公差d(公比q)是两个最基本的元素.
(2)在进行等差(比)数列的项与和的运算时,若条件和结论间的联系不明显,则均可转化成关于a1和d(q)的方程(组)求解,但要注意使用消元法及整体计算,以减少计算量.
[注意] 在等比数列的前n项和公式中,若不确定q是否等于1,应注意分q=1和q≠1两种情况讨论.
√
小题考法2
PART
02
第二部分
(1)(2024·北京模拟)已知数列{an}为等差数列,{bn}为等比数列,a4=b4=4,则( )
A.b3b5≥a3a5 B.b3+b5≥a3+a5
C.b3b5≤a3a5 D.b3+b5≤a3+a5
√
(2)(2024·新课标Ⅱ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a3+a4=7,3a2+a5=5,则S10=________.
95
等差、等比数列的性质问题的求解策略
抓关系 抓住项与项之间的关系及项的序号之间的关系,从这些特点入手选择恰当的性质进行求解
用性质 数列是一种特殊的函数,具有函数的一些性质,如单调性、周期性等,可利用函数的性质解题
√
1.已知数列{an}为各项均为正数的等比数列,a1=4,S3=84,则log2(a1a2a3·…·a8)=( )
A.70 B.72
C.74 D.76
解析:设等比数列{an}的公比为q,因为数列{an}的各项均为正数,所以q>0.因为a1=4,S3=84,所以a1+a2+a3=4+4q+4q2=84,即q2+q-20=0,因为q>0,所以q=4,则an=4n.所以a1a2a3·…·a8=(a1a8)4=(4×48)4=(49)4=436=(22)36=272,所以log2(a1a2a3·…·a8)=log2272=72,故选B.
√
√
√
小题考法3
PART
03
第三部分
√
(2)(2024·四川三模)已知Sn是数列{an}的前n项和,a1=1,nan+1=(n+2)Sn,则an=_______________.
(n+1)·2n-2
[注意] 由Sn求an时,一定要注意分n=1和n≥2两种情况进行讨论,最后验证两者能否合为一个式子,若不能,则用分段形式来表示.
√
2.已知数列{an}的前n项和为Sn,若a1=1,Sn=n2an(n∈N*),则数列{an}的
通项公式为_________________________.板块二 数 列
微专题1 数列的基本运算
小题考法1 等差、等比数列基本量的运算
[核心提炼]
1.通项公式
等差数列:an=a1+(n-1)d;
等比数列:an=a1qn-1(q≠0).
2.求和公式
等差数列:Sn==na1+d;
等比数列:当q=1时,Sn=na1;
当q≠1时,Sn==.
INCLUDEPICTURE "例1.TIF" (1)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且a5=5,a1+S11=67,则a5a11是数列{an}中的( C )
A.第45项 B.第50项
C.第55项 D.第60项
【解析】 因为{an}是等差数列,则a1+S11=a1+11a6=12a1+55d=67,又a5=a1+4d=5,联立可解得所以an=n,a5a11=5×11=55=a55,所以a5a11是数列{an}中的第55项.故选C.
(2)(2024·全国甲卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S5=S10,a5=1,则a1=( B )
A. B.
C.- D.-
【解析】 由S5=S10,得=,所以5a3=5(a3+a8),所以a8=0,公差d==-,所以a1=a5-4d=1-4×(-)=.
INCLUDEPICTURE "方法点拨1.TIF"
数列基本量运算的解题策略
(1)在等差(比)数列中,首项a1和公差d(公比q)是两个最基本的元素.
(2)在进行等差(比)数列的项与和的运算时,若条件和结论间的联系不明显,则均可转化成关于a1和d(q)的方程(组)求解,但要注意使用消元法及整体计算,以减少计算量.
[注意] 在等比数列的前n项和公式中,若不确定q是否等于1,应注意分q=1和q≠1两种情况讨论.
INCLUDEPICTURE "对点训练.TIF"
1.设Sn为正项等比数列{an}的前n项和.若a1=1,且S1-2,S2,S3成等差数列,则数列{an}的通项公式为( A )
A.an=2n-1 B.an=3n-1
C.an=(-1)n-1 D.an=()n-1
解析:设正项等比数列{an}的公比为q(q>0),当q=1时,S1-2=-1,S2=2,S3=3,2S2≠S1-2+S3,与题意不符.
当q≠1时,由题意得2·=a1-2+,
即q2-q-2=0,解得q=2或q=-1(舍去),所以an=a1qn-1=2n-1.故选A.
2.如图,已知在扇形OAB中,半径OA=OB=3,∠AOB=,圆O1内切于扇形OAB(圆O1和OA,OB,均相切),作圆O2与圆O1,OA,OB相切,再作圆O3与圆O2,OA,OB相切,以此类推.设圆O1,圆O2,…的面积依次为S1,S2,…,那么S1+S2+…+Sn=_________.
解析:如图,设圆O1与相切于点D,
圆O1,圆O2与OA分别切于点C,E,则O1C⊥OA,O2E⊥OA.
设圆O1,圆O2,圆O3,…,圆On的半径分别为r1,r2,r3,…,rn.
因为∠AOB=,所以∠AOD=.
在Rt△OO1C中,OO1=3-r1,
则O1C=OO1,即r1=,解得r1=1.
在Rt△OO2E中,OO2=3-r2-2r1,则O2E=OO2,
即r2=,解得r2=.
同理可得,当n≥2时,rn=,
即3rn=3-2(r1+r2+…+rn-1),①
则3rn+1=3-2(r1+r2+…+rn),②
②-①得,3rn+1-3rn=-2rn,
即rn+1=rn(n≥2).
当n=1时,r2==r1也适合上式,
所以rn+1=rn(n∈N*),
所以数列{rn}是以1为首项,为公比的等比数列.
又圆的面积为S=πr2,所以面积S1,S2,S3,…,Sn构成一个以πr=π为首项,为公比的等比数列,
则S1+S2+S3+…+Sn==(1-).
答案:(1-)
小题考法2 等差、等比数列的性质
[核心提炼]
1.通项性质:若m+n=p+q=2k(m,n,p,q,k∈N*),则对于等差数列,有am+an=ap+aq=2ak,对于等比数列,有aman=apaq=a.
2.前n项和的性质
(1)对于等差数列有Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…成等差数列;对于等比数列有Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…成等比数列(q=-1且m为偶数的情况除外).
(2)对于等差数列,有S2n-1=(2n-1)an.
INCLUDEPICTURE "例2.TIF" (1)(2024·北京模拟)已知数列{an}为等差数列,{bn}为等比数列,a4=b4=4,则( A )
A.b3b5≥a3a5 B.b3+b5≥a3+a5
C.b3b5≤a3a5 D.b3+b5≤a3+a5
【解析】 因为数列{an}为等差数列,所以a3+a5=2a4=8,因为{bn}为等比数列,所以b3b5=b=16,
而a3a5=(8-a5)a5=-a+8a5=-(a5-4)2+16≤16,所以b3b5≥a3a5,故A正确, C错误;
因为a3+a5=8,而b3,b5可同为正数也可同为负数,当b3,b5<0时,b3+b5
0时,b3+b5≥2=8=a3+a5,所以a3+a5,b3+b5大小不确定,故B,D错误.
(2)(2024·新课标Ⅱ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a3+a4=7,3a2+a5=5,则S10=________.
【解析】 方法一:设{an}的公差为d,由a3+a4=a1+2d+a1+3d=2a1+5d=7,3a2+a5=3(a1+d)+a1+4d=4a1+7d=5,解得a1=-4,d=3,则S10=10a1+45d=95.
方法二:设{an}的公差为d,由a3+a4=a2+a5=7,3a2+a5=5,得a2=-1,a5=8,故d==3,a6=11,则S10=×10=5(a5+a6)=5×19=95.
【答案】 95
(3)已知等差数列{an},{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,且=,则+=________.
【解析】 由等差数列的性质,可得+=+==,
又因为=,
则====,
所以+=.
【答案】
INCLUDEPICTURE "方法点拨1.TIF"
等差、等比数列的性质问题的求解策略
抓关系 抓住项与项之间的关系及项的序号之间的关系,从这些特点入手选择恰当的性质进行求解
用性质 数列是一种特殊的函数,具有函数的一些性质,如单调性、周期性等,可利用函数的性质解题
INCLUDEPICTURE "对点训练.TIF"
1.已知数列{an}为各项均为正数的等比数列,a1=4,S3=84,则log2(a1a2a3·…·a8)=( B )
A.70 B.72
C.74 D.76
解析:设等比数列{an}的公比为q,因为数列{an}的各项均为正数,所以q>0.因为a1=4,S3=84,所以a1+a2+a3=4+4q+4q2=84,即q2+q-20=0,因为q>0,所以q=4,则an=4n.所以a1a2a3·…·a8=(a1a8)4=(4×48)4=(49)4=436=(22)36=272,所以log2(a1a2a3·…·a8)=log2272=72,故选B.
2.(多选)(2024·重庆模拟)若正项无穷数列{an}是等差数列,且a7+a9=10,则( ACD )
A.a2+a8+a14=15
B.当a1=时,{an}的前20项和为128
C.公差d的取值范围是(0,)
D.当a14为整数时,a14的最大值为9
解析:对于A,在等差数列{an}中,若a7+a9=10,则a8=(a7+a9)=5,故a2+a8+a14=3a8=15,A正确;对于B,由于a8=5,a1=,则公差d==,故{an}的前20项和为S20=20a1+d=125,B错误;对于C,由a8=5,{an}为正项无穷等差数列,则a1=5-7d>0且d>0,则有00,且a2>a1,必有a2≥1,故a14≤9,即a14的最大值为9,D正确.
小题考法3 由递推关系求通项公式
(1)(2024·深圳模拟)已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=n2+3n,若首项为的数列{bn}满足-=an,则数列{bn}的前2 024项和为( D )
A. B.
C. D.
【解析】 因为Sn=n2+3n,所以an=Sn-Sn-1=2n+2(n≥2),当n=1时,a1=S1=4,符合an=2n+2,所以数列{an}的通项公式为an=2n+2.因为-=an,所以-=2n+2,即-=4,-=6,…,-=2n,又=2,由累加法可得=n2+n,即bn===-,设数列{bn}的前n项和为Tn,则T2 024=(-)+(-)+…+(-)=.
(2)(2024·四川三模)已知Sn是数列{an}的前n项和,a1=1,nan+1=(n+2)Sn,则an=_______________.
【解析】 当n≥2时,(n-1)an=(n+1)Sn-1,即Sn=an+1,Sn-1=an,则Sn-Sn-1=an+1-an=an,即=(n≥2).当n=1时,a2=3S1=3a1,则=3,也满足上式.所以=(n∈N*).则有=,=,…,=,则an=··…··a1=(n+1)·2n-2,当n=1时,a1=1,符合上式,故an=(n+1)·2n-2.
【答案】 (n+1)·2n-2
INCLUDEPICTURE "方法点拨1.TIF"
由递推关系式求数列的通项公式
(1)形如an+1=an+f(n),利用累加法求通项.
(2)形如an+1=anf(n),利用累乘法求通项.
(3)形如an+1=pan+q,等式两边同时加转化为等比数列求通项.
[注意] 由Sn求an时,一定要注意分n=1和n≥2两种情况进行讨论,最后验证两者能否合为一个式子,若不能,则用分段形式来表示.
INCLUDEPICTURE "对点训练.TIF"
1.已知数列{an}满足=2n,a1=1,则a2 024=( D )
A.2 023 B.2 024 C.4 045 D.4 047
解析:因为=2n,所以an+1+an=2n(an+1-an),
即(1-2n)an+1=(-2n-1)an,
可得=,
所以a2 024=×××…×××a1=×××…×××1=4 047.
2.已知数列{an}的前n项和为Sn,若a1=1,Sn=n2an(n∈N*),则数列{an}的通项公式为________.
解析:由Sn=n2an,可得当n≥2时,Sn-1=(n-1)2an-1,
则an=Sn-Sn-1=n2an-(n-1)2an-1,即(n2-1)an=(n-1)2an-1,由题易知an≠0,故=(n≥2).
所以当n≥2时,an=×××…×××a1=×××…×××1=.
当n=1时,a1=1满足an=.
故数列{an}的通项公式为an=.
答案:an=
INCLUDEPICTURE "专题强化练.TIF"
[小题标准练]
1.(2023·全国甲卷)记Sn为等差数列的前n项和.若a2+a6=10,a4a8=45,则S5=( C )
A.25 B.22
C.20 D.15
解析:方法一:由a2+a6=10,可得2a4=10,所以a4=5,又a4a8=45,所以a8=9.设等差数列{an}的公差为d,则d===1,又a4=5,所以a1=2,所以S5=5a1+×d=20.
方法二:设等差数列{an}的公差为d,则由a2+a6=10,可得a1+3d=5,① 由a4a8=45,可得(a1+3d)(a1+7d)=45,② 由①②可得a1=2,d=1,所以S5=5a1+×d=20.故选C.
2.(2024·济南模拟)已知{an}为正项等比数列,若lg a2,lg a2 024是函数f(x)=3x2-12x+9的两个零点, 则a1a2 025=( B )
A.10 B.104
C.108 D.1012
解析:因为lg a2,lg a2 024是f(x)=3x2-12x+9的两个零点,所以lg a2+lg a2 024=4,所以lg (a2a2 024)=4,所以a2a2 024=104,故a1a2 025=104.
3.把120个面包分给5个人,使每人所得面包个数成等差数列,且使较大的三份之和是较小的两份之和的7倍,则最小的一份的面包个数为( B )
A.1 B.2
C.6 D.11
解析:设每人所得面包个数构成等差数列{an},{an}的公差为d(d>0),则由题意,得a3+a4+a5=3a4=7(a1+a2),即3(a1+3d)=7(2a1+d),① 又5a1+×d=120,②
所以联立①②解得所以最小的一份的面包个数为2.故选B.
4.已知数列{an}满足a1=2,an+1=,则下列结论正确的是( C )
A.数列是公差为的等差数列
B.数列是公差为2的等差数列
C.数列是公比为的等比数列
D.数列是公比为2的等比数列
解析:由an+1=,得==+,则-1=+-1,即-1=(-1),故数列是以-为首项,为公比的等比数列.
5.(2024·吉林一模)谢尔宾斯基三角形是一种分形,它的构造方法如下:取一个实心等边三角形(如图1),沿三边中点的连线,将它分成四个小三角形,挖去中间小三角形(如图2),对剩下的三个小三角形继续以上操作(如图3),按照这样的方法得到的三角形就是谢尔宾斯基三角形.如果图1中三角形的边长为2,则图4中被挖去的三角形面积之和是( D )
A. B.
C. D.
解析:第一次操作挖掉的三角形边长为2×=1,共1个,面积为1×(×12)=;
第二次操作挖掉的三角形边长为1×=,共3个,面积为3×[×()2]=;
第三次操作挖掉的三角形边长为×=,共9个,面积为9×[×()2]=,
故题图4中被挖去的三角形面积之和是++=.
6.已知Sn为等差数列{an}的前n项和.若S12<0,a5+a7>0,则当Sn取最大值时,n的值为( D )
A.3 B.4
C.5 D.6
解析:因为在等差数列{an}中,S12=<0,即a1+a12<0,所以a1+a12=a6+a7<0,因为a5+a7=2a6>0,即a6>0,所以a7<0,由{an}为等差数列,得当n≤6时,an>0;当n>6时,an<0,所以当n=6时,Sn取得最大值.故选D.
7.已知数列{an}的前n项和Sn=-n2+2n+m,且对任意的n∈N*,an+1-an<0,则实数m的取值范围是( A )
A.(-2,+∞)
B.(-∞,-2)
C.(2,+∞)
D.(-∞,2)
解析:因为an+1-an<0,所以数列{an}为递减数列,当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-n2+2n+m-[-(n-1)2+2(n-1)+m]=-2n+3,故可知当n≥2时,数列{an}为递减数列,若对任意的n∈N*,an+1-an<0,只需满足a2<a1,因为a2=-1,a1=S1=1+m,所以-1<1+m,解得m>-2.故选A.
8.(2024·茂名一模)已知数列{an}满足a1=8,an+1=(n∈N*),bn=(+λ)()n,若数列{bn}是递减数列,则实数λ的取值范围是( D )
A.(-,+∞)
B.(-,+∞)
C.(,+∞)
D.(,+∞)
解析:由题意,an+1= ,两边取倒数可化为==+n,所以-=1,-=2,…,-=n-1,由累加法可得,-=1+2+…+(n-1)=,因为a1=8,所以=+=,
所以bn=(+λ)()n=()n,
因为数列{bn}是递减数列,故bn=,
因为n≥2,n∈N*,
所以()max==,
故λ∈(,+∞).
9.(多选)设公比为q的等比数列{an}的前n项积为Tn,若a2a8=16,则( BC )
A.a5=4
B.当a1=1时,q=±
C.log2|T9|=18
D.a+a≥36
解析:对于A,因为a=a2a8=16,所以a5=±4,所以A不正确;
对于B,因为a1=1,a2a8=16,则aq8=16,所以q8=16,所以q=±,所以B正确;
对于C,因为T9=a1a2·…·a9=a,所以|T9|=|a|=218,所以log2|T9|=18,所以C正确;
对于D,a+a≥2a3a7=2a2a8=32,当且仅当a3=a7时,等号成立,所以D不正确.故选BC.
10.(多选)已知数列{an}中,a1=1,anan+1=2n,n∈N*,则下列说法正确的是( AC )
A.a2=2
B.a4-a3=4
C.{a2n}是等比数列
D.a2n-1+a2n=2n+1
解析:anan+1=2n,即an+1=,则a2=2,a3=2,a4=4,所以A正确;显然有a4-a3=2≠4,所以B不正确;因为anan+1=2n,an+1an+2=2n+1,相除得=2,所以数列{a2n-1},{a2n}分别是以1,2为首项,2为公比的等比数列,所以C正确;因为a1+a2=3≠21+1,所以D不正确.故选AC.
11.(多选)(2024·承德二模)对于给定的数列{an},如果存在实数p,q,使得an+1=pan+q对任意n∈N*恒成立,我们称数列{an}是“线性数列”,则下列关于线性数列{an}说法正确的是( ABD )
A.等差数列是“线性数列”
B.等比数列是“线性数列”
C.若p≠1且a1=q,则an=
D.若p≠1且a1=q,则an是等比数列{qpn-1}的前n项和
解析:数列{an}为等差数列,设公差为d,则an+1-an=d,即an+1=an+d,满足“线性数列”的定义,故A正确;
数列{an}为等比数列,设公比为q,则=q,即an+1=qan,满足“线性数列”的定义,故B正确;
当p≠0,且q≠0时,设an+1-k=p(an-k),k∈R,则k-pk=q,解得k=,则an-=pn-1(a1-),又a1=q,因此an=.当p≠0,且q=0时,an+1=pan,又因为a1=q=0,所以an=0,也满足an=.
当p=0时,an+1=q,又因为a1=q,所以an=q,也满足an=.综上,若p≠1且a1=q,则an=,故C错误;
因为{qpn-1}是等比数列,所以q≠0,p≠0,又因为p≠1,则{qpn-1}的前n项和为,由C知若p≠1且a1=q时,an=,故D正确.
12.(2023·江西南昌二模)若前n项和为Sn的等差数列{an}满足a7+a12=12-a8,则S17=________.
解析:由等差数列的性质知a7+a12=a9+a10,又因为a7+a12=12-a8,所以a9+a10=12-a8,即a8+a9+a10=12,所以a9=4,所以S17===17a9=68.
答案:68
13.在一个数列中,如果每一项与它的后一项的和为同一个常数,那么这个数列称为等和数列,这个常数称为该数列的公和.已知数列{an}是等和数列,且a1=-2,a100=8,则这个数列的前100项的和为________.
解析:设等和数列{an}的公和为m.因为a1=-2,所以a2=m+2,a3=-2,a4=m+2,a5=-2,…,所以an=又a100=m+2=8,所以m=6,所以S100=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(a99+a100)=50×6=300.
答案:300
14.(2024·泰安模拟)若m,n是函数f(x)=x2-px+q(p>0,q>0)的两个不同零点,且m,n,-2这三个数可适当排序后成等差数列,也可适当排序后成等比数列,则pq=________.
解析:由题意可得解得则m,-2,n成等比数列,得mn=(-2)2=4.不妨设m<n,则-2,m,n成等差数列,得2m=n-2.联立mn=4,可得(2m+2)m=4,即m(m+1)=2,解得m=1或m=-2(舍去),
即则所以pq=20.
答案:20
[小题提升练]
15.(2024·深圳二模)已知正项数列{an}的前n项积为Tn,且满足an(3Tn-1)=Tn(n∈N*),则Tn=________________.
解析:由题意可知,a1(3T1-1)=a1·(3a1-1)=T1=a1,且a1>0,所以a1=,又an=(n∈N*),且an=(n≥2,n∈N*),
所以3Tn-1=Tn-1(n≥2,n∈N*),
则Tn-=·(Tn-1-),
又T1-=-=,
所以数列是以为首项,为公比的等比数列,
故Tn-=×()n-1,
所以Tn=×()n+(n∈N*).
答案: ×()n+(n∈N*)
16.(2024·日照二模)“-1,0,1序列”在通信技术中有着重要应用,该序列中的数取值于-1,0或1.设A是一个有限“-1,0,1序列”,f(A)表示把A中每个-1都变为-1,0,每个0都变为-1,1,每个1都变为0,1,得到新的有序实数组.例如:A=(-1,0,1),则f(A)=(-1,0,-1,1,0,1).定义Ak+1=f(Ak),k=1,2,3,…,若A1=(-1,1),An中1的个数记为bn,则{bn}的前10项和为________.
解析:因为A1=(-1,1),依题意得,A2=(-1,0,0,1),A3=(-1,0,-1,1,-1,1,0,1),显然,A1中有2项,其中1项为-1,1项为1,A2中有4项,其中1项为-1,1项为1,2项为0,A3中有8项,其中3项为-1,3项为1,2项为0,由此可得An中共有2n项,其中1和-1的项数相同,设An中有cn项为0,1和-1的项数相同都为bn,所以2bn+cn=2n,b1=1,从而2bn-1+cn-1=2n-1(n≥2),①
因为f(A)表示把A中每个-1都变为-1,0,每个0都变为-1,1,每个1都变为0,1,
得到新的有序实数组,
则bn=bn-1+cn-1(n≥2),②
①+②得bn+bn-1=2n-1(n≥2),
所以bn+bn+1=2n(n∈N*),
所以{bn}的前10项和为
(b1+b2)+(b3+b4)+(b5+b6)+(b7+b8)+(b9+b10)=21+23+25+27+29==682.
答案: 682