第二章 数列章末复习
学习目标 1.整合知识结构,梳理知识网络,进一步巩固、深化所学知识.2.熟练掌握解决等差数列、等比数列问题的基本技能.3.依托等差数列、等比数列解决一般数列的常见通项、求和等问题.
1.等差数列和等比数列的基本概念与公式
等差数列
等比数列
定义
如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,公差通常用字母d表示
如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的比等于同一个常数,那么这个数列叫做等比数列,这个常数叫做等比数列的公比,公比通常用字母q表示(q≠0)
递推公式
an+1-an=d
=q
中项
由三个数x,A,y组成的等差数列可以看成最简单的等差数列.这时A叫做x与y的等差中项,并且A=
如果在x与y中间插入一个数G,使x,G,y成等比数列,那么G叫做x与y的等比中项,且G=±
通项公式
an=a1+(n-1)d
an=a1qn-1
前n项和公式
Sn==na1+d
当q≠1时,Sn==,当q=1时,Sn=na1
性质
am,an的关系
am-an=(m-n)d
=qm-n
m,n,s,t∈N+,
m+n=s+t
am+an=as+at
aman=asat
性质
{kn}是等差数列,且kn∈N+
{ }是等差数列
{}是等比数列
n=2k-1,k∈N+
S2k-1=(2k-1)·ak
a1a2·…·a2k-1=a
判断方法
利用定义
an+1-an是同一常数
是同一常数
利用中项
an+an+2=2an+1
anan+2=a
利用通项公式
an=pn+q,其中p,q为常数
an=abn(a≠0,b≠0)
利用前n项和公式
Sn=an2+bn (a,b为常数)
Sn=A(qn-1),其中A≠0,q≠0且q≠1或Sn=np(p为非零常数)
2.数列中的基本方法和思想
(1)在求等差数列和等比数列的通项公式时,分别用到了叠加法和叠乘法;
(2)在求等差数列和等比数列的前n项和时,分别用到了倒序相加法和错位相减法.
(3)等差数列和等比数列各自都涉及5个量,已知其中任意三个求其余两个,用到了方程思想.
(4)在研究等差数列和等比数列单调性,等差数列前n项和最值问题时,都用到了函数思想.
题型一 方程思想求解数列问题
例1 等差数列{an}各项为正整数,a1=3,前n项和为Sn,等比数列{bn}中,b1=1且b2S2=64,{}是公比为64的等比数列,求{an},{bn}的通项公式.
解 设{an}的公差为d,{bn}的公比为q,则d为正整数,
an=3+(n-1)d,bn=qn-1.
依题意有
由q(6+d)=64知q为正有理数,又由q=知d为6的因子1,2,3,6之一,解①②得d=2,q=8,
故an=2n+1,bn=8n-1.
反思感悟 在等比数列和等差数列中,通项公式an和前n项和公式Sn共涉及五个量:a1,an,n,q(d),Sn,其中首项a1和公比q(公差d)为基本量,“知三求二”是指将已知条件转换成关于a1,an,n,q(d),Sn的方程组,通过方程的思想解出需要的量.
跟踪训练1 记等差数列{an}的前n项和为Sn,设S3=12,且2a1,a2,a3+1成等比数列,求Sn.
解 设数列{an}的公差为d,
依题设有
即
解得或
因此Sn=n(3n-1)或Sn=2n(5-n),n∈N+.
题型二 转化与化归思想求解数列问题
例2 在数列{an}中,Sn+1=4an+2,a1=1.
(1) 设cn=,求证:数列{cn}是等差数列;
(2) 求数列{an}的通项公式及前n项和的公式.
(1)证明 ∵Sn+1=4an+2, ①
∴当n≥2,n∈N+时,Sn=4an-1+2. ②
①-②得an+1=4an-4an-1.
方法一 对an+1=4an-4an-1两边同除以2n+1,得
=2-,
即+=2,
即cn+1+cn-1=2cn,
∴数列{cn}是等差数列.
由Sn+1=4an+2,得a1+a2=4a1+2,
则a2=3a1+2=5,
∴c1==,c2==,故公差d=-=,
∴{cn}是以为首项,为公差的等差数列.
方法二 ∵an+1-2an=2an-4an-1=2(an-2an-1),
令bn=an+1-2an,
则{bn}是以a2-2a1=4a1+2-a1-2a1=3为首项,2为公比的等比数列,
∴bn=3·2n-1.
∵cn=,∴cn+1-cn=-=
===,
c1==,
∴{cn}是以为首项,为公差的等差数列.
(2)解 由(1)可知数列是首项为,公差为的等差数列,
∴=+(n-1)=n-,
∴an=(3n-1)·2n-2.
∴Sn+1=4an+2=2n(3n-1)+2.
∴Sn=2n-1·(3n-4)+2(n≥2).
当n=1时,S1=1=a1,符合.
∴Sn=2+(3n-4)·2n-1(n∈N+).
反思感悟 由递推公式求通项公式,要求掌握的方法有两种,一种求法是先找出数列的前几项,通过观察、归纳得出,然后证明;另一种是通过变形转化为等差数列或等比数列,再采用公式求出.
跟踪训练2 设数列{an}的前n项和为Sn,已知a1+2a2+3a3+…+nan=(n-1)Sn+2n(n∈N+).
(1)求a2,a3的值;
(2)求证:数列{Sn+2}是等比数列.
(1)解 ∵a1+2a2+3a3+…+nan
=(n-1)Sn+2n(n∈N+),
∴当n=1时,a1=2×1=2;
当n=2时,a1+2a2=(a1+a2)+4,
∴a2=4;
当n=3时,a1+2a2+3a3=2(a1+a2+a3)+6,
∴a3=8.
(2)证明 ∵a1+2a2+3a3+…+nan
=(n-1)Sn+2n(n∈N+), ①
∴当n≥2时,a1+2a2+3a3+…+(n-1)an-1
=(n-2)Sn-1+2(n-1). ②
①-②得nan=(n-1)Sn-(n-2)Sn-1+2
=n(Sn-Sn-1)-Sn+2Sn-1+2
=nan-Sn+2Sn-1+2.
∴-Sn+2Sn-1+2=0,即Sn=2Sn-1+2,
∴Sn+2=2(Sn-1+2).
∵S1+2=4≠0,∴Sn-1+2≠0,∴=2,
故{Sn+2}是以4为首项,2为公比的等比数列.
题型三 函数思想求解数列问题
命题角度1 借助函数性质解数列问题
例3 一个等差数列{an}中,3a8=5a13,a1>0.若Sn为{an}的前n项和,则S1,S2,…,Sn中没有最大值?请说明理由.
解 因为此等差数列不是常数列,所以其前n项和Sn是关于n的二次函数,我们可以利用配方法,结合二次函数的性质求解.设{an}的首项为a1,公差为d,则有3(a1+7d)=5(a1+12d),所以d=-a1,所以Sn=na1+d=-n2a1+na1=-a1(n-20)2+a1,故n=20时,Sn最大,即前20项之和最大.
反思感悟 数列是一种特殊的函数,在求解数列问题时,若涉及参数取值范围、最值问题或单调性时,均可考虑采用函数的性质及研究方法指导解题.值得注意的是数列定义域是正整数集或{1,2,3,…,n},这一特殊性对问题结果可能造成影响.
跟踪训练3 已知数列{an}的通项公式为an=2n-2019,问这个数列前多少项的和最小?
解 设an=2n-2 019,对应的函数为y=2x-2 019,易知y=2x-2 019在R上单调递增,且当y=0时,x=,因此,数列{an}为单调递增数列,a1 009<0,a1 010>0,故当1≤n≤1 009时,an<0;当n>1 009时,an>0.
∴数列{an}中前1 009项的和最小.
命题角度2 以函数为载体给出数列
例4 已知函数f(x)=,数列{an}满足a1=1,an+1=f,n∈N+.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)令Tn=a1a2-a2a3+a3a4-a4a5+…-a2na2n+1,求Tn.
解 (1)∵an+1=f===an+,
∴an+1-an=,
∴{an}是以为公差的等差数列.
又a1=1,∴an=n+.
(2)Tn=a1a2-a2a3+a3a4-a4a5+…-a2na2n+1
=a2(a1-a3)+a4(a3-a5)+…+a2n(a2n-1-a2n+1)
=-(a2+a4+…+a2n)
=-·=-(2n2+3n).
反思感悟 以函数为载体给出数列,只需代入函数式即可转化为数列问题.
跟踪训练4 设y=f(x)是一次函数,f(0)=1,且f(1),f(4),f(13)成等比数列,则f(2)+f(4)+…+f(2n)=________.
答案 2n2+3n
解析 设f(x)=kx+b(k≠0),又f(0)=1,则b=1,
所以f(x)=kx+1(k≠0).
又[f(4)]2=f(1)f(13),
所以(4k+1)2=(k+1)(13k+1),解得k=2.
所以f(x)=2x+1,则f(2n)=4n+1.
所以{f(2n)}是公差为4的等差数列.
所以f(2)+f(4)+…+f(2n)==2n2+3n.
1.设等差数列{an}的前n项和为Sn,若a1=-11,a4+a6=-6,则当Sn取最小值时,n等于( )
A.6B.7C.8D.9
答案 A
解析 设等差数列{an}的公差为d,
∵a4+a6=-6,∴a5=-3,
∴d==2,∴a6=-1<0,a7=1>0,
故当等差数列{an}的前n项和Sn取得最小值时,n等于6.
2.数列1,1+2,1+2+22,…,1+2+22+…+2n-1,…的前99项和为( )
A.2100-101 B.299-101
C.2100-99 D.299-99
答案 A
解析 由数列可知an=1+2+22+…+2n-1==2n-1,所以,前99项的和为S99=(2-1)+(22-1)+…+(299-1)=2+22+…+299-99=-99=2100-101.
3.在等比数列{an}中,已知a2=4,a6=16,则a4=________.
答案 8
解析 a=a2a6=4×16=64,∴a4=±8.
若a4=-8,则a=a2a4<0.∴a4=-8舍去.∴a4=8.
4.等比数列{an}的各项均为正数,且a1a5=4,则log2a1+log2a2+log2a3+log2a4+log2a5=________.
答案 5
解析 log2a1+log2a2+log2a3+log2a4+log2a5=log2(a1a2…a5)=log2a,
又a1a5=a=4,且a3>0,∴a3=2.
∴log2a=log225=5.
5.若数列{an}的前n项和Sn=n2-n(n=1,2,3,…),则此数列的通项公式为________;数列{nan}中数值最小的项是第________项.
答案 an=3n-16 3
解析 利用an=求得an=3n-16.
则nan=3n2-16n=3,
所以n=3时,nan的值最小.
1.等差数列与等比数列是高中阶段学习的两种最基本的数列,也是高考中经常考查并且重点考查的内容之一,这类问题多从数列的本质入手,考查这两种基本数列的概念、基本性质、简单运算、通项公式、求和公式等问题.
2.数列求和的方法:一般的数列求和,应从通项入手,若无通项,先求通项,然后通过对通项变形,转化为与特殊数列有关或具备某种方法适用特点的形式,从而选择合适的方法求和.
3.在求通项求和的基础上,可以借助不等式、单调性等研究数列的最值、取值范围、存在性问题.