专题5.4 数列求和及数列的综合应用-2020届高考数学一轮复习学霸提分秘籍(原卷版)
第五篇 数列及其应用
专题5.04 数列求和及数列的综合应用
【考试要求】
1.熟练掌握等差、等比数列的前n 项和公式；
2.掌握非等差数列、非等比数列求和的几种常见方法；
3.了解数列是一种特殊的函数；
4.能在具体问题情境中，发现等差、等比关系，并解决相应的问题.
【知识梳理】
1.特殊数列的求和公式
(1)等差数列的前n 项和公式：
S n ＝n （a 1＋a n ）2＝na 1＋n （n －1）2
d . (2)等比数列的前n 项和公式：
S n ＝?????na 1，q ＝1，a 1－a n q 1－q
＝a 1（1－q n ）1－q ，q ≠1. 2.数列求和的几种常用方法
(1)分组转化法
把数列的每一项分成两项或几项，使其转化为几个等差、等比数列，再求解.
(2)裂项相消法
把数列的通项拆成两项之差，在求和时中间的一些项可以相互抵消，从而求得其和.
(3)错位相减法
如果一个数列的各项是由一个等差数列和一个等比数列的对应项之积构成的，这个数列的前n 项和可用错位相减法求解.
(4)倒序相加法
如果一个数列{a n }的前n 项中与首末两端等“距离”的两项的和相等或等于同一个常数，那么求这个数列的前n 项和即可用倒序相加法求解.
3.数列应用题常见模型
(1)等差模型：如果后一个量比前一个量增加(或减少)的是同一个固定值，该模型是等差模型，增加(或减少)的量就是公差.
(2)等比模型：如果后一个量与前一个量的比是同一个固定的非零常数，该模型是等比模型，这个固定的数
就是公比.
(3)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，应考虑a n 与a n ＋1(或者相邻三项等)之间的递推关系，或者S n 与S n ＋1(或者相邻三项等)之间的递推关系.
【微点提醒】
1.1＋2＋3＋4＋…＋n ＝n （n ＋1）2
. 2.12＋22＋…＋n 2＝n （n ＋1）（2n ＋1）6
. 3.裂项求和常用的三种变形
(1)1n （n ＋1）＝1n －1n ＋1
. (2)1（2n －1）（2n ＋1）＝12?
???12n －1－12n ＋1. (3)1
n ＋n ＋1＝n ＋1－n .
【疑误辨析】
1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)
(1)若数列{a n }为等比数列，且公比不等于1，则其前n 项和S n ＝a 1－a n ＋11－q
.( ) (2)当n ≥2时，1n 2－1＝12(1n －1－1n ＋1
).( ) (3)求S n ＝a ＋2a 2＋3a 3＋…＋na n 时只要把上式等号两边同时乘以a 即可根据错位相减法求得.( )
(4)若数列a 1，a 2－a 1，…，a n －a n －1是首项为1，公比为3的等比数列，则数列{a n }的通项公式是a n ＝3n －12
.( )
【教材衍化】
2.(必修5P47B4改编)数列{a n }中，a n ＝1n （n ＋1）
，若{a n }的前n 项和为2 0192 020，则项数n 为( ) A.2 018
B.2 019
C.2 020
D.2 021
3.(必修5P56例1改编)等比数列{a n }中，若a 1＝27，a 9＝
1243，q >0，S n 是其前n 项和，则S 6＝________.
【真题体验】
4.(2018·东北三省四校二模)已知数列{a n }满足a n ＋1－a n ＝2，a 1＝－5，则|a 1|＋|a 2|＋…＋|a 6|＝( )
A.9
B.15
C.18
D.30
5.(2019·北京朝阳区质检)已知数列{a n }，{b n }的前n 项和分别为S n ，T n ，b n －a n ＝2n ＋1，且S n ＋T n ＝2n ＋1＋n 2－2，则2T n ＝________________.
6.(2019·河北“五个一”名校质检)若f (x )＋f (1－x )＝4，a n ＝f (0)＋f ????1n ＋…＋f ???
?n －1n ＋f (1)(n ∈N *)，则数列{a n }的通项公式为________.
【考点聚焦】
考点一 分组转化法求和
【例1】 (2019·济南质检)已知在等比数列{a n }中，a 1＝1，且a 1，a 2，a 3－1成等差数列.
(1)求数列{a n }的通项公式；
(2)若数列{b n }满足b n ＝2n －1＋a n (n ∈N *)，数列{b n }的前n 项和为S n ，试比较S n 与n 2＋2n 的大小.
【规律方法】 1.若数列{c n }的通项公式为c n ＝a n ±b n ，且{a n }，{b n }为等差或等比数列，可采用分组求和法求数列{c n }的前n 项和.
2.若数列{c n }的通项公式为c n ＝?????a n ，n 为奇数，b n ，n 为偶数，其中数列{a n }，{b n }是等比数列或等差数列，可采用分组求和法求{a n }的前n 项和.
【训练1】 已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ，且a 1＝1，S 3＋S 4＝S 5.
(1)求数列{a n }的通项公式；
(2)令b n ＝(－1)n －
1a n ，求数列{b n }的前2n 项和T 2n .
考点二 裂项相消法求和
【例2】 (2019·郑州模拟)已知数列{a n }的前n 项和为S n ，且a 2＝8，S n ＝a n ＋12
－n －1. (1)求数列{a n }的通项公式；
(2)求数列??????2×3n a n a n ＋1的前n 项和T n .
【规律方法】
1.利用裂项相消法求和时，应注意抵消后并不一定只剩下第一项和最后一项，也有可能前面剩两项，后面也剩两项.
2.将通项公式裂项后，有时候需要调整前面的系数，使裂开的两项之差和系数之积与原通项公式相等.
【训练2】 设S n 为等差数列{a n }的前n 项和，已知S 3＝a 7，a 8－2a 3＝3.
(1)求a n ；
(2)设b n ＝1S n
，求数列{b n }的前n 项和T n .
考点三 错位相减法求和
【例3】 已知{a n }是各项均为正数的等比数列，且a 1＋a 2＝6，a 1a 2＝a 3.
(1)求数列{a n }的通项公式；
(2){b n }为各项非零的等差数列，其前n 项和为S n ，已知S 2n ＋1＝b n b n ＋1，求数列????
??b n a n 的前n 项和T n .
【规律方法】 1.一般地，如果数列{a n }是等差数列，{b n }是等比数列，求数列{a n ·b n }的前n 项和时，可采用错位相减法.
2.用错位相减法求和时，应注意：
(1)要善于识别题目类型，特别是等比数列公比为负数的情形.
(2)在写出“S n ”与“qS n ”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”，以便于下一步准确地写出“S n －qS n ”的表达式.
【训练3】已知等差数列{a n}满足：a n＋1>a n(n∈N*)，a1＝1，该数列的前三项分别加上1，1，3后成等比数列，a n＋2log2b n＝－1.
(1)分别求数列{a n}，{b n}的通项公式；
(2)求数列{a n·b n}的前n项和T n.
考点四数列的综合应用
【例4】某同学利用暑假时间到一家商场勤工俭学.该商场向他提供了三种付酬方案：第一种，每天支付38元；第二种，第一天付4元，第二天付8元，第三天付12元，依此类推；第三种，第一天付0.4元，以后每天比前一天翻一番(即增加1倍).他应该选择哪种方式领取报酬呢？
【规律方法】数列的综合应用常考查以下几个方面：
(1)数列在实际问题中的应用；
(2)数列与不等式的综合应用；
(3)数列与函数的综合应用.
解答数列综合题和应用题既要有坚实的基础知识，又要有良好的逻辑思维能力和分析、解决问题的能力.解答应用性问题，应充分运用观察、归纳、猜想的手段建立出有关等差(比)数列、递推数列模型，再结合其
他相关知识来解决问题.
【训练4】已知二次函数y＝f(x)的图象经过坐标原点，其导函数为f′(x)＝6x－2，数列{a n}的前n项和为S n，点(n，S n)(n∈N*)均在函数y＝f(x)的图象上.
(1)求数列{a n}的通项公式；
(2)设b n＝3
a n a n＋1
，试求数列{b n}的前n项和T n.
【反思与感悟】
1.非等差、等比数列的一般数列求和，主要有两种思想
(1)转化的思想，即将一般数列设法转化为等差或等比数列，这一思想方法往往通过通项分解或错位相消来完成；
(2)不能转化为等差或等比的特殊数列，往往通过裂项相消法、错位相减法、倒序相加法等来求和.
2.解答数列应用题的步骤
(1)审题——仔细阅读材料，认真理解题意.
(2)建模——将已知条件翻译成数学(数列)语言，将实际问题转化成数学问题，弄清该数列的特征、要求的是什么.
(3)求解——求出该问题的数学解.
(4)还原——将所求结果还原到实际问题中.
【易错防范】
1.直接应用公式求和时，要注意公式的应用范围，如当等比数列公比为参数(字母)时，应对其公比是否为1进行讨论.
2.在应用错位相减法时，要注意观察未合并项的正负号.
3.解等差数列、等比数列应用题时，审题至关重要，深刻理解问题的实际背景，理清蕴含在语言中的数学关系，把应用问题抽象为数学中的等差数列、等比数列问题，使关系明朗化、标准化，然后用等差数列、等比数列知识求解.
【分层训练】
【基础巩固题组】(建议用时：40分钟)
一、选择题
1.(2017·全国Ⅲ卷)等差数列{a n}的首项为1，公差不为0.若a2，a3，a6成等比数列，则{a n}前6项的和为()
A.－24
B.－3
C.3
D.8
2.数列{a n}的通项公式为a n＝(－1)n－1·(4n－3)，则它的前100项之和S100等于()
A.200
B.－200
C.400
D.－400
3.数列{a n}的通项公式是a n＝
1
n＋n＋1
，前n项和为9，则n等于()
A.9
B.99
C.10
D.100
4.(2019·德州调研)已知T n 为数列????
??2n ＋12n 的前n 项和，若m >T 10＋1 013恒成立，则整数m 的最小值为( ) A.1 026
B.1 025
C.1 024
D.1 023
5.(2019·厦门质检)已知数列{a n }满足a n ＋1＋(－1)n ＋1a n ＝2，则其前100项和为( )
A.250
B.200
C.150
D.100
二、填空题
6.已知正项数列{a n }满足a 2n ＋1－6a 2n ＝a n ＋1a n .若a 1＝2，则数列{a n }的前n 项和S n ＝________.
7.(2019·武汉质检)设数列{(n 2＋n )a n }是等比数列，且a 1＝16，a 2＝154
，则数列{3n a n }的前15项和为________.
8.某棵果树前n 年的总产量S n 与n 之间的关系如图所示，从目前记录的结果看，前m 年的年平均产量最高，m 的值为________.
三、解答题
9.求和S n ＝????x ＋1
x 2＋????x 2＋1x 22＋…＋????x n ＋1
x n 2
(x ≠0).
10.设数列{a n }的前n 项和为S n ，a 1＝2，a n ＋1＝2＋S n (n ∈N *).
(1)求数列{a n }的通项公式；
(2)设b n ＝1＋log 2(a n )2，求证：数列??????
1b n b n ＋1的前n 项和T n <1
6.
【能力提升题组】(建议用时：20分钟)
11.(2019·广州模拟)已知数列{a n}满足a1＝1，a n＋1－a n≥2(n∈N*)，且S n为{a n}的前n项和，则()
A.a n≥2n＋1
B.S n≥n2
C.a n≥2n－1
D.S n≥2n－1
12.某厂2019年投资和利润逐月增加，投入资金逐月增长的百分率相同，利润逐月增加值相同.已知1月份的投资额与利润值相等，12月份投资额与利润值相等，则全年的总利润ω与总投资N的大小关系是() A.ω>N B.ω C.ω＝N D.不确定 13.已知数列{a n}中，a n＝－4n＋5，等比数列{b n}的公比q满足q＝a n－a n－1(n≥2)且b1＝a2，则|b1|＋|b2|＋|b3|＋…＋|b n|＝________. 14.(2019·潍坊调研)已知数列{a n }的前n 项和为S n ，a 1＝5，nS n ＋1－(n ＋1)S n ＝n 2＋n . (1)求证：数列???? ??S n n 为等差数列； (2)令b n ＝2n a n ，求数列{b n }的前n 项和T n . 【新高考创新预测】 15.(多填题)已知公差不为零的等差数列{a n }中，a 1＝1，且a 2，a 5，a 14成等比数列，{a n }的前n 项和为S n ，b n ＝(－1)n S n ，则a n ＝________，数列{b n }的前n 项和T n ＝________.