微突破3 最值、范围问题
(时间:30分钟,满分:48分)
一、单项选择题(每小题5分,共10分)
1.(2025·湖北武汉四调)已知数列{an}的通项公式为an=2n-11,Sn为其前n项和,则Sn的最小值为( )
A.-9 B.-7 C.-3 D.-19
2.(2025·山东临沂二模)已知{an}为正项等差数列,若4a3-a7=8,则a1a3的最大值为( )
A.4 B.6 C.8 D.10
二、多项选择题(6分)
3.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且a1>0,a4+a11>0,a7·a8<0,则( )
A.数列{an}是递增数列
B.S6>S9
C.当n=7时,Sn最大
D.当Sn>0时,n的最大值为14
三、解答题(共32分)
4.(15分)(2025·河南焦作二模)已知等差数列{an}满足2a2+a3=0,a4=10,数列{bn}的首项为9,且{an+bn}是公比为2的等比数列.
(1)求{an}的通项公式;
(2)探究{bn}的单调性,并求其最值.
5.(17分)已知数列{an}满足:an+1=an+()n+1,且a1=-.设{an}的前n项和为Tn,bn=3n·an.
(1)证明:{bn}是等差数列;
(2)求Tn;
(3)若不等式Tn+≤tan对n∈N*恒成立,求实数t的取值范围.
微突破3 最值、范围问题
1.D 令an=2n-11<0,因为n∈N*,所以解得n=1,2,3,所以数列{an}的前3项为负,从第4项起为正,所以Sn的最小值为S3=21-11+22-11+23-11=14-33=-19.故选D.
2.C 4a3-a7=4(a1+2d)-(a1+6d)=3a1+2d=8,解得a1=,由于{an}为正项等差数列,则解得0<d<4,a1a3=·(+2d)==(8-2d)(4+2d)≤·()2=8,当且仅当d=1,a1=2时等号成立,所以a1a3的最大值为8.故选C.
3.BCD ∵在等差数列{an}中,a1>0,a4+a11=a7+a8>0,a7·a8<0,∴a7>0,a8<0,∴公差d<0,数列{an}是递减数列,A错误;∵S9-S6=a7+a8+a9=3a8<0,∴S6>S9,B正确;∵a7>0,a8<0,数列{an}是递减数列,∴当n=7时,Sn最大,C正确;∵a4+a11>0,a7>0,a8<0,∴S14==>0,S15==<0,∴当Sn>0时,n的最大值为14,D正确.故选B、C、D.
4.解:(1)设数列{an}的公差为d,
由题可得解得所以an=a1+(n-1)d=-8+6(n-1)=6n-14,
即数列{an}的通项公式为an=6n-14.
(2)因为b1=9,a1=-8,所以a1+b1=1,又an=6n-14,
由题知an+bn=6n-14+bn=1·2n-1=2n-1,得到bn=2n-1-6n+14,
所以bn+1-bn=2n-1-6,当n=1,2,3时,bn+1-bn<0,当n≥4时,bn+1-bn>0,
所以b1>b2>b3>b4<b5<b6<…,
故数列{bn}先单调递减后单调递增,且数列{bn}有最小值,最小值为b4=-2,无最大值.
5.解:(1)证明:因为bn=3n·an,
所以bn+1=3n+1·an+1,
bn+1-bn=3n+1·an+1-3n·an
=3n+1[an+()n+1]-3n·an=1,
且b1=-2,所以{bn}是以-2为首项,且公差为1的等差数列.
(2)由(1)知,bn=n-3,
所以an==()n·(n-3).
则Tn=(-2)·()1+(-1)·()2+0·()3+…+(n-4)·()n-1+(n-3)·()n,Tn=(-2)·()2+(-1)·()3+0·()4+…+(n-4)·()n+(n-3)·()n+1,
两式相减得Tn=-+()2+()3+()4+…+()n-(n-3)·()n+1=-+-(n-3)·()n+1=--(-)·()n,
因此Tn=--(-)·()n.
(3)由Tn+≤tan,
得-(-)·()n≤t(n-3)·()n,
依题意,t(n-3)≥对n∈N*恒成立,
当1≤n<3时,t≤=--×,
--×≥-,则t≤-;
当n=3时,不等式恒成立;
当n>3时,t≥=--×,--×<-,则t≥-,
于是-≤t≤-,
综上,实数t的取值范围是[-,-].
1 / 1微突破3 最值、范围问题
【备考指南】 近几年高考试题中,与数列有关的最值、范围问题既有解答题,也有选择题、填空题,难度中等或偏上.
1.在数列{an}中,若an最大,则;若an最小,则
1.在数列{an}中,an=(n+1)()n,则数列{an}中的最大项是( )
A.第6项 B.第8项
C.第6项和第7项 D.第7项和第8项
2.相邻项比较,作商(与1比较,要求是正项数列),或作差(与0比较,从而转化为判断符号问题).
2.已知bn=,则数列{bn}的最小项的值为( )
A. B.
C. D.
3.求Sn最值的方法:(1)邻项变号法:当a1>0,d<0时,满足的m使得Sn取得最大值为Sm;当a1<0,d>0时, 满足的m使得Sn取得最小值为Sm;(2)把数列看成函数,利用函数的性质求最值.
3.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,公差为d,若a1=-11,当且仅当n=6时Sn取得最小值,则d的取值范围为( )
A.(,) B.(,)
C.[,) D.[,)
4.化归为关于参数的不等式.
4.设等差数列{an}的前n项和为Sn,若a2=-3,S5=-10,且对任意的n∈N*,-Sn≤t2+3t恒成立,则实数t的取值范围为( )
A.(-∞,-5] B.(-∞,-5]∪[2,+∞)
C.[-5,0) D.[-5,0)∪[2,+∞)
【思维建模】 数列中有关最值、范围问题的常见题型及解题策略
【易错提醒】 利用数列和式的单调性求其最值,要首先判断其单调性,且注意数列中的n≥1,n∈N*.
【例1】 设数列{an}的前n项积为Tn,满足TnTn-1+2Tn=2Tn-1(n∈N*,n≥2),且an≠0,a1=.
(1)求数列{an}的通项公式an;
(2)若数列{bn}满足bn=an+,求数列{bn}的前n项和Sn的最值.
【通性通法】 求n的值或最值,一般涉及数列的项或前n项和的最值与范围,通常化归为解关于n的不等式,或根据数列的单调性求解.
【例2】 已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=,Sn=2an+1-3.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若cn=,求使cn取得最大值时的n的值.
【易错提醒】 切勿由n2<Sn<(n+1)2,取n=1直接得答案,n2<Sn<(n+1)2相当于恒成立问题,应由Sn的关系式列不等式组求解.
【训练1】 (2025·江苏南京、盐城一模)已知数列{an}的前n项和Sn满足=an+(1-n)t,n∈N*,t为常数,且a2=a1+2.
(1)求t的值;
(2)证明:{an}为等差数列;
(3)若n2<Sn<(n+1)2,n∈N*,求a1的取值范围.
【训练2】 (2025·辽宁葫芦岛一模)设数列{an}是公差大于1的等差数列,{an},{bn}满足=-,记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的前n项和,且2a1=a2,S2+T2=16.
(1)求{an}的通项公式;
(2)若存在n∈N*,使得10Tn-9n+t+t2<3,求实数t的取值范围.
微突破3 最值、范围问题
【基础·回扣】
1.C 2.D 3.A 4.B
【典例·讲解】
【例1】 解:(1)由TnTn-1+2Tn=2Tn-1,得-=.
又==,所以数列{}是首项为,公差为的等差数列,
所以=+(n-1)=,所以Tn=,
所以an==(n≥2).
因为n=1时,a1=符合上式,所以an=.
(2)由(1)知,an=,
所以bn=an+=+=-+2.
所以Sn=b1+b2+…+bn=(-+2)+(-+2)+…+(-+2)=-+2n,
显然Sn=-+2n在n∈N*上单调递增,
所以当n=1时,Sn取得最小值,无最大值.
【例2】 解:(1)因为S1=2a2-3且S1=a1=,所以a2=,
由Sn=2an+1-3,可得Sn-1=2an-3(n≥2),
两式相减得an=Sn-Sn-1=2an+1-2an,
易知an≠0,所以=,
又=,所以对任意的n∈N*,=,
所以{an}是首项和公比均为的等比数列,所以an=a1×qn-1=( )n.
(2)由(1)可得cn=( )n(n2+n),
当n≥2时,由==>1,可得n<5.
故当n<5时,c1<c2<c3<c4,当n>5时,c5>c6>c7>…,
又当n=4时,c4=( )4(42+4)=,
当n=5时,c5=( )5(52+5)=,
所以c4=c5,所以c1<c2<c3<c4=c5>c6>c7>…,
综上,当n=4或n=5时,cn取得最大值.
【训练1】 解:(1)因为=an+(1-n)t,n∈N*,
所以=a2-t,又S2=a1+a2,所以a2-a1=2t.
又a2=a1+2,所以t=1.
(2)证明:由(1)可得=an+1-n,n∈N*,所以Sn=nan+n-n2,
因此Sn+1=(n+1)an+1+n+1-(n+1)2,
两式相减得an+1=(n+1)an+1-nan-2n,
整理得an+1-an=2,n∈N*,所以{an}为等差数列.
(3)由(2)得Sn=na1+×2=n2+(a1-1)n,
由n2<Sn<(n+1)2,n∈N*,得得1<a1<3+.
因为1<a1<3+对 n∈N*恒成立,
所以1<a1≤3,故a1的取值范围为(1,3].
【训练2】 解:(1)设数列{an}的公差为d,d>1,
∵2a1=a2,∴2a1=a1+d,解得a1=d,a2=2d,
∴S2=a1+a2=3d,
由=-,可知=,b1==,=,b2===,
又T2=b1+b2=+=,
∴S2+T2=3d+=16,
即3d2-16d+5=0,解得d=5或d=(舍去),
∴an=a1+(n-1)d=5n.
(2)由(1)知an=5n,
又=-,可得=,解得bn=n+,
∴{bn}为等差数列,故Tn===,
∵存在n∈N*,使得10Tn-9n+t+t2<3,即(10Tn-9n)min+t+t2<3,
又10Tn-9n=n2-6n=(n-3)2-9,
∴=-9,
故-9+t+t2<3,整理得t2+t-12<0,解得-4<t<3.
∴实数t的取值范围是(-4,3).
1 / 2(共37张PPT)
微突破3 最值、范围问题
备考指南
近几年高考试题中,与数列有关的最值、范围问题既有解答题,也有选择题、填空题,难度中等或偏上.
基础·回扣 诊断自测 知识回扣
一
典例·讲解 典例精析 强技提能
二
课后·训练 巩固强化 综合测评
三
目录 /
CONTENTS
基础·回扣
诊断自测 知识回扣
1. 在数列{an}中,an=(n+1)( )n,则数列{an}中的最大项是
( )
A. 第6项 B. 第8项
C. 第6项和第7项 D. 第7项和第8项
√
在数列{an}中,若an最大,则 ;
若an最小,则
解析: 由题意,可得(n+1)( )n≥(n+2)( )n+1且(n+
1)( )n≥n( )n-1,所以 即6≤n≤7,所以最
大项为第6项和第7项.
2. 已知bn= ,则数列{bn}的
最小项的值为( )
A. B.
C. D.
√
相邻项比较,作商(与1比较,要求是正项数列),或作差(与0比较,从而转化为判断符号问题).
解析: ∵bn= ,且bn>0,bn+1= ,∴ = =
( )2.当 >1时,n> +1,∴当n≥3时,bn<bn+1.b1=2,b2
=1,b3= ,∴当n=3时,bn有最小值 .
3. 已知等差数列{an}的前n项和为Sn,公差为d,若a1=-11,当且仅当
n=6时Sn取得最小值,则d的取值范围为( )
A. ( , ) B. ( , )
C. [ , ) D. [ , )
√
求Sn最值的方法
(1)邻项变号法:当a1>0,d<0时,满足 的m使得Sn取得最
大值为Sm;当a1<0,d>0时, 满足 的m使得Sn取得最小值为Sm;
(2)把数列看成函数,利用函数的性质求最值.
解析: 法一 因为当且仅当n=6时Sn最小,所以a6<0,a7>0,则a1
+5d<0,a1+6d>0,结合a1=-11,可解得 <d< .
法二 因为等差数列{an}中a1=-11,所以Sn=na1+ d=
d-11n= n2-(11+ )n,又当n=6时Sn取得最小值,所以
d>0,则 < < ,解得 <d< .
4. 设等差数列{an}的前n项和为Sn,若a2=-3,S5=-10,且对任意的
n∈N*,-Sn≤t2+3t恒成立,则实数t的取值范围为( )
A. (-∞,-5]
B. (-∞,-5]∪[2,+∞)
C. [-5,0)
D. [-5,0)∪[2,+∞)
√
化归为关于参数的不等式.
解析: 设等差数列{an}的公差为d,由题意得
解得 又Sn=na1+ d=
(n2-9n),所以当n=4或5时,Sn取得最小值,最小值为-10,所以-
Sn的最大值为10,由-Sn≤t2+3t对任意的n∈N*恒成立,所以10≤t2+
3t,解得t≤-5或t≥2,所以实数t的取值范围是(-∞,-5]∪[2,+∞).
【思维建模】 数列中有关最值、范围问题的常见题型及解题策略
典例·讲解
典例精析 强技提能
【例1】 设数列{an}的前n项积为Tn,满足TnTn-1+2Tn=2Tn-1
(n∈N*,n≥2),且an≠0,a1= .
(1)求数列{an}的通项公式an;
解: 由TnTn-1+2Tn=2Tn-1,得 - = .
又 = = ,所以数列{ }是首项为 ,公差为 的等差数列,
所以 = + (n-1)= ,所以Tn= ,
所以an= = (n≥2).
因为n=1时,a1= 符合上式,所以an= .
(2)若数列{bn}满足bn=an+ ,求数列{bn}的前n项和Sn的最值.
【易错提醒】 利用数列和式的单调性求其最值,要首先判断其单调性,且注意数列中的n≥1,n∈N*.
解: 由(1)知,an= ,
所以bn=an+ = + = - +2.
所以Sn=b1+b2+…+bn=( - +2)+( - +2)+…+( -
+2)= - +2n,
显然Sn= - +2n在n∈N*上单调递增,
所以当n=1时,Sn取得最小值 ,无最大值.
【例2】 已知数列{an}的前n项和为Sn,a1= ,Sn=2an+1-3.
(1)求数列{an}的通项公式;
解: 因为S1=2a2-3且S1=a1= ,所以a2= ,
由Sn=2an+1-3,可得Sn-1=2an-3(n≥2),
两式相减得an=Sn-Sn-1=2an+1-2an,
易知an≠0,所以 = ,
又 = ,所以对任意的n∈N*, = ,
所以{an}是首项和公比均为 的等比数列,所以an=a1×qn-1=( )n.
(2)若cn= ,求使cn取得最大值时的n的值.
【通性通法】 求n的值或最值,一般涉及数列的项或前n项和的最值与范围,通常化归为解关于n的不等式,或根据数列的单调性求解.
解: 由(1)可得cn=( )n(n2+n),
当n≥2时,由 = = >1,可得n<5.
故当n<5时,c1<c2<c3<c4,当n>5时,c5>c6>c7>…,
又当n=4时,c4=( )4(42+4)= ,
当n=5时,c5=( )5(52+5)= ,
所以c4=c5,所以c1<c2<c3<c4=c5>c6>c7>…,
综上,当n=4或n=5时,cn取得最大值 .
【训练1】 (2025·江苏南京、盐城一模)已知数列{an}的前n项和Sn满
足 =an+(1-n)t,n∈N*,t为常数,且a2=a1+2.
(1)求t的值;
解: 因为 =an+(1-n)t,n∈N*,
所以 =a2-t,又S2=a1+a2,所以a2-a1=2t.
又a2=a1+2,所以t=1.
(2)证明:{an}为等差数列;
解: 证明:由(1)可得 =an+1-n,n∈N*,所以Sn=nan+n
-n2,
因此Sn+1=(n+1)an+1+n+1-(n+1)2,
两式相减得an+1=(n+1)an+1-nan-2n,
整理得an+1-an=2,n∈N*,所以{an}为等差数列.
(3)若n2<Sn<(n+1)2,n∈N*,求a1的取值范围.
【易错提醒】 切勿由n2<Sn<(n+1)2,取n=1直接得答案,n2<Sn<(n+1)2相当于恒成立问题,应由Sn的关系式列不等式组求解.
解: 由(2)得Sn=na1+ ×2=n2+(a1-1)n,
由n2<Sn<(n+1)2,n∈N*,得 得1
<a1<3+ .
因为1<a1<3+ 对 n∈N*恒成立,
所以1<a1≤3,故a1的取值范围为(1,3].
【训练2】 (2025·辽宁葫芦岛一模)设数列{an}是公差大于1的等差数
列,{an},{bn}满足 = - ,记Sn,Tn分别为数列{an},{bn}的
前n项和,且2a1=a2,S2+T2=16.
(1)求{an}的通项公式;
解: 设数列{an}的公差为d,d>1,
∵2a1=a2,∴2a1=a1+d,解得a1=d,a2=2d,
∴S2=a1+a2=3d,
由 = - ,可知 = ,b1= = , = ,b2= = = ,
又T2=b1+b2= + = ,∴S2+T2=3d+ =16,
即3d2-16d+5=0,解得d=5或d= (舍去),
∴an=a1+(n-1)d=5n.
(2)若存在n∈N*,使得10Tn-9n+t+t2<3,求实数t的取值范围.
解: 由(1)知an=5n,
又 = - ,可得 = ,解得bn= n+ ,
∴{bn}为等差数列,故Tn= = = ,
∵存在n∈N*,使得10Tn-9n+t+t2<3,即(10Tn-9n)min+t+t2<
3,
又10Tn-9n=n2-6n=(n-3)2-9,∴ =-9,
故-9+t+t2<3,整理得t2+t-12<0,解得-4<t<3.
∴实数t的取值范围是(-4,3).
课后·训练
巩固强化 综合测评
(时间:30分钟,满分:48分)
一、单项选择题(每小题5分,共10分)
1. (2025·湖北武汉四调)已知数列{an}的通项公式为an=2n-11,Sn为
其前n项和,则Sn的最小值为( )
A. -9 B. -7
C. -3 D. -19
1
2
3
4
5
√
解析: 令an=2n-11<0,因为n∈N*,所以解得n=1,2,3,所以数
列{an}的前3项为负,从第4项起为正,所以Sn的最小值为S3=21-11+22
-11+23-11=14-33=-19.故选D.
2. (2025·山东临沂二模)已知{an}为正项等差数列,若4a3-a7=8,则
a1a3的最大值为( )
A. 4 B. 6
C. 8 D. 10
√
解析: 4a3-a7=4(a1+2d)-(a1+6d)=3a1+2d=8,解得a1=
,由于{an}为正项等差数列,则 解得0<d<4,a1a3
= ·( +2d)= = (8-2d)(4+2d)
≤ ·( )2=8,当且仅当d=1,a1=2时等号成立,所以a1a3的
最大值为8.故选C.
1
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3
4
5
二、多项选择题(6分)
3. 已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且a1>0,a4+a11>0,a7·a8<0,
则( )
A. 数列{an}是递增数列
B. S6>S9
C. 当n=7时,Sn最大
D. 当Sn>0时,n的最大值为14
√
√
√
1
2
3
4
5
解析: ∵在等差数列{an}中,a1>0,a4+a11=a7+a8>0,a7·a8
<0,∴a7>0,a8<0,∴公差d<0,数列{an}是递减数列,A错误;∵S9
-S6=a7+a8+a9=3a8<0,∴S6>S9,B正确;∵a7>0,a8<0,数列
{an}是递减数列,∴当n=7时,Sn最大,C正确;∵a4+a11>0,a7>0,
a8<0,∴S14= = >0,S15= =
<0,∴当Sn>0时,n的最大值为14,D正确.故选B、C、D.
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三、解答题(共32分)
4. (15分)(2025·河南焦作二模)已知等差数列{an}满足2a2+a3=0,
a4=10,数列{bn}的首项为9,且{an+bn}是公比为2的等比数列.
(1)求{an}的通项公式;
解: 设数列{an}的公差为d,
由题可得 解得 所以an=a1+(n-
1)d=-8+6(n-1)=6n-14,
即数列{an}的通项公式为an=6n-14.
1
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(2)探究{bn}的单调性,并求其最值.
解: 因为b1=9,a1=-8,所以a1+b1=1,又an=6n-14,
由题知an+bn=6n-14+bn=1·2n-1=2n-1,得到bn=2n-1-6n+14,
所以bn+1-bn=2n-1-6,
当n=1,2,3时,bn+1-bn<0,
当n≥4时,bn+1-bn>0,
所以b1>b2>b3>b4<b5<b6<…,
故数列{bn}先单调递减后单调递增,且数列{bn}有最小值,最小值为b4=
-2,无最大值.
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5. (17分)已知数列{an}满足:an+1= an+( )n+1,且a1=- .设
{an}的前n项和为Tn,bn=3n·an.
(1)证明:{bn}是等差数列;
解: 证明:因为bn=3n·an,
所以bn+1=3n+1·an+1,
bn+1-bn=3n+1·an+1-3n·an
=3n+1[ an+( )n+1]-3n·an=1,
且b1=-2,所以{bn}是以-2为首项,且公差为1的等差数列.
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(2)求Tn;
解: 由(1)知,bn=n-3,
所以an= =( )n·(n-3).
则Tn=(-2)·( )1+(-1)·( )2+0·( )3+…+(n-
4)·( )n-1+(n-3)·( )n, Tn=(-2)·( )2+(-
1)·( )3+0·( )4+…+(n-4)·( )n+(n-3)·( )n+1,
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两式相减得 Tn=- +( )2+( )3+( )4+…+( )n-(n-
3)·( )n+1=- + -(n-3)·( )n+1=- -(
- )·( )n,
因此Tn=- -( - )·( )n.
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(3)若不等式Tn+ ≤tan对n∈N*恒成立,求实数t的取值范围.
解: 由Tn+ ≤tan,
得-( - )·( )n≤t(n-3)·( )n,
依题意,t(n-3)≥ 对n∈N*恒成立,
当1≤n<3时,t≤ =- - × ,
- - × ≥- ,则t≤- ;
当n=3时,不等式恒成立;
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当n>3时,t≥ =- - × ,- - × <- ,则t≥
- ,
于是- ≤t≤- ,
综上,实数t的取值范围是[- ,- ].
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