专题四 几何数列、推理与证明(文理通用)教师版
专题四 几何数列、推理与证明(文理通用)
第1讲 等差数列和等比数列
主干知识
1.a n 与S n 的关系S n =a 1+a 2+…+a n ,a n =?
????
S 1,n =1,
S n -S n -1,n ≥2.
2.等差数列和等比数列
分类突破
热点一 等差数列
例1 (1)等差数列{a n }的前n 项和为S n ,若a 2+a 4+a 6=12,则S 7的值是( ) A .21 B .24 C .28 D .7
(2)设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,若-1 解析 (1)由题意可知,a 2+a 6=2a 4,则3a 4=12,a 4=4,所以S 7=7×(a 1+a 7) 2=7a 4=28. (2)S 9=9a 1+36d =3(a 1+2d )+6(a 1+5d ) 又-1 ∴-3<3(a 1+2d )<3,0<6(a 1+5d )<18, 故-3 思维升华 (1)等差数列问题的基本思想是求解a 1和d ,可利用方程思想; (2)等差数列的性质 ①若m ,n ,p ,q ∈N *,且m +n =p +q ,则a m +a n =a p +a q ; ②S m ,S 2m -S m ,S 3m -S 2m ,…,仍成等差数列; ③a m -a n =(m -n )d ?d =a m -a n m -n (m ,n ∈N *); ④a n b n =A 2n -1B 2n -1(A 2n -1 ,B 2n -1分别为{a n },{b n }的前2n -1项的和). (3)等差数列前n 项和的问题可以利用函数的性质或者转化为等差数列的项,利用性质解决. (1)已知等差数列{a n }中,a 7+a 9=16,S 11=99 2 ,则a 12的值是( ) A .15 B .30 C .31 D .64 (2)在等差数列{a n }中,a 5<0,a 6>0且a 6>|a 5|,S n 是数列的前n 项的和,则下列说法正确的是( ) A .S 1,S 2,S 3均小于0,S 4,S 5,S 6…均大于0 B .S 1,S 2,…S 5均小于0,S 6,S 7,…均大于0 C .S 1,S 2,…S 9均小于0,S 10,S 11…均大于0 D .S 1,S 2,…S 11均小于0,S 12,S 13…均大于0 答案 (1)A (2)C 解析 (1)因为a 8是a 7,a 9的等差中项,所以2a 8=a 7+a 9=16?a 8=8,再由等差数列前n 项和的计算公式可得S 11=11(a 1+a 11)2=11·2a 62=11a 6,又因为S 11=992,所以a 6=9 2,则d = a 8-a 62=7 4,所以a 12=a 8+4d =15,故选A. (2)由题意可知a 6+a 5>0,故 S 10=(a 1+a 10)×102=(a 5+a 6)×102>0, 而S 9=(a 1+a 9)×92=2a 5×9 2=9a 5<0,故选C. 热点二 等比数列 例2 (1)数列{a n }是等差数列,若a 1+1,a 3+3,a 5+5构成公比为q 的等比数列,则q =_____________________. (2)已知等比数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 1+a 3=52,a 2+a 4=54,则S n a n 等于( ) A .4n - 1 B .4n -1 C .2n - 1 D .2n -1 思维启迪 (1)列方程求出d ,代入q 即可;(2)求出a 1,q ,代入化简. 答案 (1)1 (2)D 解析 (1)设等差数列的公差为d ,则a 3=a 1+2d , a 5=a 1+4d , ∴(a 1+2d +3)2=(a 1+1)(a 1+4d +5),解得d =-1, ∴q =a 3+3a 1+1=a 1-2+3 a 1+1 =1. (2)∵??? a 1+a 3=52 , a 2 +a 4 =5 4 ,∴??? a 1+a 1q 2=5 2 ,① a 1 q +a 1q 3 =5 4 ,② 由①②可得1+q 2q +q 3=2,∴q =1 2,代入①得a 1=2, ∴a n =2×(12)n -1=42n , ∴S n =2×(1-(12)n ) 1-12=4(1-1 2n ), ∴S n a n =4(1-12n ) 4 2n =2n -1,故选D. 思维升华 (1){a n }为等比数列,其性质如下: ①若m 、n 、r 、s ∈N *,且m +n =r +s ,则a m ·a n =a r ·a s ; ②a n =a m q n - m ; ③S n ,S 2n -S n ,S 3n -S 2n 成等比数列(q ≠-1). (2)等比数列前n 项和公式 S n =????? na 1 (q =1),a 1(1-q n )1-q =a 1-a n q 1-q (q ≠1). ①能“知三求二”;②注意讨论公比q 是否为1;③a 1≠0. (1)已知各项不为0的等差数列{a n }满足a 4-2a 27+3a 8=0, 数列{b n }是等比数列, 且b 7=a 7,则b 2b 8b 11等于( ) A .1 B .2 C .4 D .8 (2)在等比数列{a n }中,a 1+a n =34,a 2·a n -1=64,且前n 项和S n =62,则项数n 等于( ) A .4 B .5 C .6 D .7 答案 (1)D (2)B 解析 (1)∵a 4-2a 27+3a 8=0,∴2a 27=a 4+3a 8,即2a 27=4a 7,∴a 7=2,∴b 7=2,又∵b 2b 8b 11=b 1qb 1q 7b 1q 10=b 31q 18=(b 7)3=8,故选D. (2)设等比数列{a n }的公比为q ,由a 2a n -1=a 1a n =64,又a 1+a n =34,解得a 1=2,a n =32或a 1=32,a n =2.当a 1=2,a n =32时,S n =a 1(1-q n )1-q =a 1-a n q 1-q =2-32q 1-q =62,解得q =2.又a n =a 1q n - 1,所以2×2n - 1=2n =32,解得n =5.同理,当a 1=32,a n =2时,由S n =62,解得q =12.由a n =a 1q n - 1=32×(12)n -1=2,得(12)n -1=116=(12)4,即n -1=4,n =5.综上,项数n 等于5,故选B. 热点三 等差数列、等比数列的综合应用 例3已知{a n }是等差数列,满足a 1=3,a 4=12,数列{b n }满足b 1=4,b 4=20,且{b n ﹣a n }为等比数列. (Ⅰ)求数列{a n }和{b n }的通项公式; (Ⅱ)求数列{b n }的前n 项和. 解:(Ⅰ)设等差数列{a n }的公差为d ,由题意得 d= = =3. ∴a n =a 1+(n ﹣1)d=3n (n=1,2,…), 设等比数列{b n ﹣a n }的公比为q ,则 q 3 = ==8,∴q=2, ∴b n ﹣a n =(b 1﹣a 1)q n ﹣1 =2n ﹣1 , ∴b n =3n+2n ﹣1 (n=1,2,…). (Ⅱ)由(Ⅰ)知b n =3n+2n ﹣1 (n=1,2,…). ∵数列{3n}的前n 项和为n (n+1),数列{2 n ﹣1 }的前n 项和为1×=2n ﹣1, ∴数列{b n }的前n 项和为n (n+1)+2n ﹣1. 已知数列{a n }前n 项和为S n ,首项为a 1,且1 2 ,a n ,S n 成等差数列. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)数列{b n }满足b n =(log 2a 2n +1)×(log 2a 2n +3),求证:1b 1+1b 2+1b 3+…+1b n <1 2. (1)解 ∵12,a n ,S n 成等差数列,∴2a n =S n +1 2, 当n =1时,2a 1=S 1+12,∴a 1=1 2, 当n ≥2时,S n =2a n -12,S n -1=2a n -1-1 2, 两式相减得a n =S n -S n -1=2a n -2a n -1, ∴ a n a n -1 =2, ∴数列{a n }是首项为1 2,公比为2的等比数列, ∴a n =12 ×2n -1=2n - 2. (2)证明 b n =(log 2a 2n +1)×(log 2a 2n +3)=log 222n +1-2 ×log 222n +3-2 =(2n -1)(2n +1), 1b n =12n -1×12n +1=12(12n -1-12n +1 ), 1b 1+1b 2+1b 3+…+1b n =12[(1-13)+(13-15)+…+(12n -1-12n +1)]=12(1-12n +1)<12(n ∈N *). 即1b 1+1b 2+1b 3+…+1b n <12 . 1.在等差(比)数列中,a 1,d (q ),n ,a n ,S n 五个量中知道其中任意三个,就可以求出其他两个.解这类问题时,一般是转化为首项a 1和公差d (公比q )这两个基本量的有关运算. 2.等差、等比数列的性质是两种数列基本规律的深刻体现,是解决等差、等比数列问题既快捷又方便的工具,应有意识地去应用.但在应用性质时要注意性质的前提条件,有时需要进行适当变形. 3.等差、等比数列的单调性 (1)等差数列的单调性 d >0?{a n }为递增数列,S n 有最小值. d <0?{a n }为递减数列,S n 有最大值. d =0?{a n }为常数列. (2)等比数列的单调性 当????? a 1>0,q >1或????? a 1<0,0 ???? a 1<0,q >1时,{a n }为递减数列. 4.常用结论 (1)若{a n },{b n }均是等差数列,S n 是{a n }的前n 项和,则{ma n +kb n },{S n n }仍为等差数列, 其中m ,k 为常数. (2)若{a n },{b n }均是等比数列,则{ca n }(c ≠0),{|a n |},{a n ·b n },{ma n b n }(m 为常数),{a 2n },{1 a n }仍为等比数列. (3)公比不为1的等比数列,其相邻两项的差也依次成等比数列,且公比不变,即a 2-a 1,a 3-a 2,a 4-a 3,…,成等比数列,且公比为a 3-a 2a 2-a 1=(a 2-a 1)q a 2-a 1 =q . (4)等比数列(q ≠-1)中连续k 项的和成等比数列,即S k ,S 2k -S k ,S 3k -S 2k ,…,成等比数列,其公差为q k . 等差数列中连续k 项的和成等差数列,即S k ,S 2k -S k ,S 3k -S 2k ,…,成等差数列,公差为k 2d . 5.易错提醒 (1)应用关系式a n =? ???? S 1,n =1, S n -S n -1,n ≥2时,一定要注意分n =1,n ≥2两种情况,在求出结果 后,看看这两种情况能否整合在一起. (2)三个数a ,b ,c 成等差数列的充要条件是b =a +c 2,但三个数a ,b ,c 成等比数列的充要 条件是b 2=ac . [配套课时作业] A 组 (推荐时间:60分钟) 一、选择题 1.等比数列{a n }中a 1=3,a 4=24,则a 3+a 4+a 5等于( ) A .33 B .72 C .84 D .189 答案 C 解析 由题意可得q 3=8,所以q =2.所以a 3+a 4+a 5=a 1q 2(1+q +q 2)=84. 2.设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,若2a 6=6+a 7,则S 9的值是( ) A .27 B .36 C .45 D .54 答案 D 解析 由2a 6=6+a 7得a 5=6,所以S 9=9a 5=54.故选D. 3.设等比数列{a n }的前n 项和为S n ,若S m -1=5,S m =-11,S m +1=21,则m 等于( ) A .3 B .4 C .5 D .6 解析 由已知得,S m -S m -1=a m =-16,S m +1-S m =a m +1=32,故公比q =-2,又S m = a 1-a m q 1-q =-11,故a 1=-1,又a m =a 1·q m - 1=-16,代入可求得m =5. 4.数列{a n }的首项为3,{b n }为等差数列且b n =a n +1-a n (n ∈N *),若b 3=-2,b 10=12,则a 8等于( ) A .0 B .3 C .8 D .11 答案 B 解析 ∵{b n }为等差数列,设其公差为d , 由b 3=-2,b 10=12, ∴7d =b 10-b 3=12-(-2)=14,∴d =2, ∵b 3=-2,∴b 1=b 3-2d =-2-4=-6, ∴b 1+b 2+…+b 7=7b 1+7×62·d =7×(-6)+21×2=0, 又b 1+b 2+…+b 7=(a 2-a 1)+(a 3-a 2)+…+(a 8-a 7)=a 8-a 1=a 8-3, ∴a 8-3=0,a 8=3.故选B. 5.数列{a n }满足a 1=2,a n =a n +1-1 a n +1+1,其前n 项积为T n ,则T 2 014等于( ) A.16 B .-1 6 C .6 D .-6 答案 D 解析 由a n =a n +1-1a n +1+1得a n +1=1+a n 1-a n ,而a 1=2,所以a 2=-3,a 3=-12,a 4=1 3,a 5=2,则 数列是以4为周期,且a 1a 2a 3a 4=1,所以T 2 014=(a 1a 2a 3a 4)503a 1a 2=1503×2×(-3)=-6,故选D. 6.已知{a n }是等差数列,S n 为其前n 项和,若S 21=S 4 000,O 为坐标原点,点P (1,a n ), Q (2 011,a 2 011),则OP →·OQ → 等于( ) A .2 011 B .-2 011 C .0 D .1 答案 A 解析 由S 21=S 4 000得a 22+a 23+…+a 4 000=0, 由于a 22+a 4 000=a 23+a 3 999=…=2a 2 011, 所以a 22+a 23+…+a 4 000=3 979a 2 011=0, 从而a 2 011=0,而OP →·OQ →=2 011+a 2 011a n =2 011. 7.在等比数列{a n }中,已知a 1+a 3=8,a 5+a 7=4,则a 9+a 11+a 13+a 15=________. 答案 3 解析 设等比数列{a n }的公比为q , 由已知,得????? a 1+a 1q 2 =8,a 1q 4+a 1q 6=4, 解得q 4=1 2. 又a 9+a 11=a 1q 8+a 3q 8=(a 1+a 3)q 8=8×(1 2)2=2, a 13+a 15=a 1q 12+a 3q 12=(a 1+a 3)q 12=8×(1 2)3=1, 所以a 9+a 11+a 13+a 15=2+1=3. 8.(2014·广东)若等比数列{a n }的各项均为正数,且a 10a 11+a 9a 12=2e 5,则ln a 1+ln a 2+…+ln a 20=______. 答案 50 解析 因为a 10a 11+a 9a 12=2a 10a 11=2e 5, 所以a 10a 11=e 5. 所以ln a 1+ln a 2+…+ln a 20=ln(a 1a 2…a 20) =ln[(a 1a 20)·(a 2a 19)·…·(a 10a 11)]=ln(a 10a 11)10=10ln(a 10a 11)=10ln e 5=50ln e =50. 9.设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,若a 1=-11,a 4+a 6=-6,则当S n 取最小值时,n =________. 答案 6 解析 设等差数列的公差为d , 则由a 4+a 6=-6得2a 5=-6,∴a 5=-3. 又∵a 1=-11,∴-3=-11+4d ,∴d =2, ∴S n =-11n +n (n -1)2×2=n 2-12n =(n -6)2-36, 故当n =6时,S n 取最小值. 10.已知数列{a n }的首项为a 1=2,且a n +1=1 2(a 1+a 2+…+a n ) (n ∈N *),记S n 为数列{a n }的 前n 项和,则S n =________,a n =________. 答案 2×????32n -1 ????? 2 (n =1),??? ?32n -2 (n ≥2) 解析 由a n +1=12(a 1+a 2+…+a n ) (n ∈N *),可得a n +1=12S n ,所以S n +1-S n =12S n ,即S n +1= 3 2S n ,由此可知数列{S n }是一个等比数列,其中首项S 1=a 1=2,公比为3 2 ,所以S n =2×????32n -1, 由此得a n =???? ? 2 (n =1),????32n -2 (n ≥2). 三、解答题 11.成等差数列的三个正数的和等于15,并且这三个数分别加上2、5、13后成为等比数列{b n }中的b 3、b 4、b 5. (1)求数列{b n }的通项公式; (2)数列{b n }的前n 项和为S n ,求证:数列{S n +5 4}是等比数列. (1)解 设成等差数列的三个正数分别为a -d ,a ,a +d . 依题意,得a -d +a +a +d =15. 解得a =5. 所以{b n }中的b 3,b 4,b 5依次为7-d,10,18+d . 依题意,有(7-d )(18+d )=100, 解得d =2或d =-13(舍去). 故{b n }的第3项为5,公比为2. 由b 3=b 1·22,即5=b 1·22, 解得b 1=54 . 所以b n =b 1·q n -1=54·2n -1=5·2n - 3, 即数列{b n }的通项公式b n =5·2n - 3. (2)证明 由(1)得数列{b n }的前n 项和 S n =5 4(1-2n )1-2=5·2n - 2-54, 即S n +54 =5·2n - 2. 所以S 1+54=5 2,S n +1+54S n + 54 =5·2n - 15·2 n -2=2. 因此{S n +54}是以5 2为首项,2为公比的等比数列. 12.已知等差数列{a n }中,a 1=1,a 3=-3. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)若数列{a n }的前k 项和S k =-35,求k 的值. 解:(1)设等差数列{a n }的公差为d , 则a n =a 1+(n -1)d . 由a 1=1,a 3=-3可得1+2d =-3. 解得d =-2. 从而,a n =1+(n -1)×(-2)=3-2n . (2)由(1)可知a n =3-2n . 所以S n =n [1+(3-2n )] 2=2n -n 2. 进而由S k =-35可得2k -k 2=-35, 即k 2-2k -35=0.解得k =7或k =-5, 又k ∈N *,故k =7为所求结果. 设{a n }是公比不为1的等比数列,其前n 项和为S n ,且a 5,a 3,a 4成等差数列. (1)求数列{a n }的公比; (2)证明:对任意k ∈N +,S k +2,S k ,S k +1成等差数列. [思路点拨] (1)由等差数列定义可列等式关系,再由等比数列的通项公式可求公比.(2)利用等差数列的定义或等差中项进行证明. [解] (1)设数列{a n }的公比为q (q ≠0,q ≠1), 由a 5,a 3,a 4成等差数列,得2a 3=a 5+a 4, 即2a 1q 2=a 1q 4+a 1q 3. 由a 1≠0,q ≠0得q 2+q -2=0, 解得q 1=-2,q 2=1(舍去), 所以q =-2. (2)证明:法一:对任意k ∈N +, S k +2+S k +1-2S k =(S k +2-S k )+(S k +1-S k ) =a k +1+a k +2+a k +1 =2a k +1+a k +1·(-2) =0, 所以,对任意k ∈N +,S k +2,S k ,S k +1成等差数列. 法二:对任意k ∈N +,2S k =2a 1(1-q k )1-q , S k +2+S k +1=a 1(1-q k + 2)1-q +a 1(1-q k + 1) 1-q =a 1(2-q k + 2-q k + 1) 1-q . 2S k -(S k +2+S k +1)=2a 1(1-q k )1-q -a 1(2-q k + 2-q k + 1) 1-q = a 11-q [2(1-q k )-(2-q k +2-q k + 1)] =a 1q k 1-q (q 2+q -2)=0, 因此,对任意k ∈N +,S k +2,S k ,S k +1成等差数列. 13.设{a n }是公比不为1的等比数列,其前n 项和为S n ,且a 5,a 3,a 4成等差数列. (1)求数列{a n }的公比; (2)证明:对任意k ∈N +,S k +2,S k ,S k +1成等差数列. [思路点拨] (1)由等差数列定义可列等式关系,再由等比数列的通项公式可求公比.(2)利用等差数列的定义或等差中项进行证明. [解] (1)设数列{a n }的公比为q (q ≠0,q ≠1), 由a 5,a 3,a 4成等差数列,得2a 3=a 5+a 4, 即2a 1q 2=a 1q 4+a 1q 3. 由a 1≠0,q ≠0得q 2+q -2=0, 解得q 1=-2,q 2=1(舍去), 所以q =-2. (2)证明:法一:对任意k ∈N +, S k +2+S k +1-2S k =(S k +2-S k )+(S k +1-S k ) =a k +1+a k +2+a k +1 =2a k +1+a k +1·(-2) =0, 所以,对任意k ∈N +,S k +2,S k ,S k +1成等差数列. 法二:对任意k ∈N +,2S k =2a 1(1-q k )1-q , S k +2+S k +1=a 1(1-q k + 2)1-q +a 1(1-q k + 1) 1-q =a 1(2-q k + 2-q k + 1) 1-q . 2S k -(S k +2+S k +1)=2a 1(1-q k )1-q -a 1(2-q k + 2-q k + 1) 1-q = a 11-q [2(1-q k )-(2-q k +2-q k + 1)] =a 1q k 1-q (q 2+q -2)=0, 因此,对任意k ∈N +,S k +2,S k ,S k +1成等差数列. [配套课时作业] B 组 1.数列{a n }的首项为3,{b n }为等差数列且b n =a n +1-a n (n ∈N *).若b 3=-2,b 10=12,则a 8=( ) A .0 B .3 C .8 D .11 解析:选B 因为{b n }是等差数列,且b 3=-2,b 10=12, 故公差d =12-(-2) 10-3=2.于是b 1=-6, 且b n =2n -8(n ∈N *),即a n +1-a n =2n -8, 所以a 8=a 7+6=a 6+4+6=a 5+2+4+6=…=a 1+(-6)+(-4)+(-2)+0+2+4+6=3. 2.已知数列{a n }中,a 1=1,(2n +1)a n =(2n -3)a n -1(n ≥2),则数列{a n }的通项公式为________. 解析:原递推公式即为a n a n -1=2n -3 2n +1 (n ≥2), 所以a 2a 1=15,a 3a 2=37,a 4a 3=59,a 5a 4=711,…,a n a n -1=2n -32n +1(n ≥2),各式左右两边分别相乘得 a n a 1=1×3(2n -1)(2n +1)(n ≥2),解得a n =3 (2n -1)(2n +1) (n ≥2),又a 1=1适合上式, 所以数列{a n }的通项公式为a n =3 (2n -1)(2n +1). 答案:a n =3 (2n -1)(2n +1)(n ∈N *) 3.若数列{b n }对于n ∈N *,都有b n +2-b n =d (常数),则称数列{b n }是公差为d 的准等差数列, 如数列{c n },若c n =? ???? 4n -1,n 为奇数,4n -9,n 为偶数,则数列{c n }是公差为8的准等差数列.设数列{a n } 满足a 1=a ,对于n ∈N *,都有a n +a n +1=2n . (1)求证:{a n }为准等差数列; (2)求{a n }的通项公式及前20项和S 20. (1)证明 ∵a n +1+a n =2n ,① ∴a n +2+a n +1=2n +2.② 由②-①得a n +2-a n =2(n ∈N *), ∴{a n }是公差为2的准等差数列. (2)解 已知a 1=a ,a n +1+a n =2n (n ∈N *), ∴a 1+a 2=2,即a 2=2-a . ∴由(1)可知a 1,a 3,a 5,…,成以a 为首项,2为公差的等差数列,a 2,a 4,a 6,…,成以2 -a 为首项,2为公差的等差数列. ∴当n 为偶数时,a n =2-a +(n 2-1)×2=n -a , 当n 为奇数时,a n =a +(n +1 2 -1)×2=n +a -1, ∴a n =? ???? n +a -1,n 为奇数,n -a ,n 为偶数. S 20=a 1+a 2+…+a 19+a 20 =(a 1+a 2)+(a 3+a 4)+…+(a 19+a 20) =2×1+2×3+…+2×19=2×(1+19)×102 =200. 4.已知S n 是等比数列{a n }的前n 项和,S 4,S 2,S 3成等差数列,且a 2+a 3+a 4=-18. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)是否存在正整数n ,使得S n ≥2 013?若存在,求出符合条件的所有n 的集合;若不存在,说明理由. 解 (1)设等比数列{a n }的公比为q , 则a 1≠0,q ≠0.由题意得 ? ???? S 2-S 4=S 3-S 2,a 2+a 3+a 4=-18. 即????? -a 1q 2-a 1q 3=a 1q 2 ,a 1q (1+q +q 2 )=-18, 解得? ???? a 1=3,q =-2. 故数列{a n }的通项公式为a n =3×(-2)n - 1. (2)由(1)有S n =3[1-(-2)n ]1-(-2)=1-(-2)n . 假设存在n ,使得S n ≥2 013, 则1-(-2)n ≥2 013,即(-2)n ≤-2 012. 当n 为偶数时,(-2)n >0,上式不成立; 当n 为奇数时,(-2)n =-2n ≤-2 012, 即2n ≥2 012,得n ≥11. 综上,存在符合条件的正整数n ,且所有这样的n 的集合为{n |n =2k +1,k ∈N ,k ≥5}. 第2讲数列求和及综合应用 1.数列求和的方法技巧 (1)分组转化法 有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并. (2)错位相减法 这是在推导等比数列的前n项和公式时所用的方法,这种方法主要用于求数列{a n·b n}的前n 项和,其中{a n},{b n}分别是等差数列和等比数列. (3)倒序相加法 这是在推导等差数列前n项和公式时所用的方法,也就是将一个数列倒过来排列(反序),当它与原数列相加时若有公式可提,并且剩余项的和易于求得,则这样的数列可用倒序相加法求和. (4)裂项相消法 利用通项变形,将通项分裂成两项或n项的差,通过相加过程中的相互抵消,最后只剩下有 限项的和.这种方法,适用于求通项为 1 a n a n+1 的数列的前n项和,其中{a n}若为等差数列, 则 1 a n a n+1 = 1 d? ? ? ? 1 a n- 1 a n+1. 常见的裂项公式: ① 1 n(n+1) = 1 n- 1 n+1 ; ② 1 n(n+k) = 1 k( 1 n- 1 n+k ); ③ 1 (2n-1)(2n+1) = 1 2( 1 2n-1 - 1 2n+1 ); ④ 1 n+n+k = 1 k(n+k-n). 2.数列应用题的模型 (1)等差模型:如果增加(或减少)的量是一个固定量时,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一个固定的数时,该模型是等比模型,这个固定的数就是公比. (3)混合模型:在一个问题中同时涉及等差数列和等比数列的模型. (4)生长模型:如果某一个量,每一期以一个固定的百分数增加(或减少),同时又以一个固定的具体量增加(或减少)时,我们称该模型为生长模型.如分期付款问题,树木的生长与砍伐问题等. (5)递推模型:如果容易找到该数列任意一项a n 与它的前一项a n -1(或前n 项)间的递推关系式,我们可以用递推数列的知识来解决问题. 热点一 分组转化求和 例1 已知数列{a n }中,a 1=1,a n a n +1=(1 2)n (n ∈N *). (1)求证:数列{a 2n }与{a 2n -1}(n ∈N *)都是等比数列; (2)若数列{a n }的前2n 项和为T 2n ,令b n =(3-T 2n )·n ·(n +1),求数列{b n }的最大项. (1)证明 因为a n a n +1=(12)n ,a n +1a n +2=(12)n + 1, 所以a n +2a n =1 2 . 又a 1=1,a 2=12,所以数列a 1,a 3,…,a 2n -1,…,是以1为首项,1 2为公比的等比数列; 数列a 2,a 4,…,a 2n ,…,是以12为首项,1 2 为公比的等比数列. (2)解 由(1)可得T 2n =(a 1+a 3+…+a 2n -1)+(a 2+a 4+…+a 2n )=1-(12)n 1-12+12[1-(1 2 )n ] 1-12=3- 3(1 2 )n , 所以b n =3n (n +1)(1 2)n , b n +1=3(n +1)(n +2)(12)n + 1, 所以b n +1-b n =3(n +1)(12)n (n +2 2-n ) =3(n +1)(12)n + 1(2-n ), 所以b 1b 4>…>b n >…, 所以(b n )max =b 2=b 3=9 2 . 思维升华 在处理一般数列求和时,一定要注意使用转化思想.把一般的数列求和转化为等差数列或等比数列进行求和,在求和时要分析清楚哪些项构成等差数列,哪些项构成等比数列,清晰正确地求解.在利用分组求和法求和时,由于数列的各项是正负交替的,所以一般需要对项数n 进行讨论,最后再验证是否可以合并为一个公式. 等比数列{a n }中,a 1,a 2,a 3分别是下表第一、二、三行中的某一个数,且a 1, a 2,a 3中的任何两个数不在下表的同一列. (1)求数列{a n }(2)若数列{b n }满足:b n =a n +(-1)n ln a n ,求数列{b n }的前n 项和S n . 思维启迪 (1)根据表中数据逐个推敲确定{a n }的通项公式;(2)分组求和. 解 (1)当a 1=3时,不合题意; 当a 1=2时,当且仅当a 2=6,a 3=18时,符合题意; 当a 1=10时,不合题意. 因此a 1=2,a 2=6,a 3=18,所以公比q =3. 故a n =2·3n - 1 (n ∈N *). (2)因为b n =a n +(-1)n ln a n =2·3n - 1+(-1)n ln(2·3n - 1) =2·3n - 1+(-1)n [ln 2+(n -1)ln 3] =2·3n - 1+(-1)n (ln 2-ln 3)+(-1)n n ln 3, 所以S n =2(1+3+…+3n - 1)+[-1+1-1+…+(-1)n ]·(ln 2-ln 3)+[-1+2-3+…+ (-1)n n ]ln 3. 当n 为偶数时, S n =2×1-3n 1-3+n 2ln 3=3n +n 2ln 3-1; 当n 为奇数时, S n =2×1-3n 1-3 -(ln 2-ln 3)+???? n -12-n ln 3=3n -n -12ln 3-ln 2-1. 综上所述,S n =??? 3n +n 2 ln 3-1, n 为偶数, 3n -n -1 2ln 3-ln 2-1, n 为奇数. 热点二 错位相减法求和 例2 设数列{a n }的前n 项和为S n ,已知a 1=1,S n +1=2S n +n +1(n ∈N *), (1)求数列{a n }的通项公式; (2)若b n =n a n +1-a n ,数列{b n }的前n 项和为T n ,n ∈N *,证明:T n <2. 思维启迪 (1)n >1时,S n =2S n -1+n 两式相减得{a n }的递推关系式,然后构造数列求通项; (2)先利用错位相减法求出T n ,再放缩. (1)解 ∵S n +1=2S n +n +1,当n ≥2时,S n =2S n -1+n , ∴a n +1=2a n +1, ∴a n +1+1=2(a n +1), 即a n +1+1a n +1=2(n ≥2),① 又S 2=2S 1+2,a 1=S 1=1, ∴a 2=3,∴a 2+1 a 1+1=2,∴当n =1时,①式也成立, ∴a n +1=2n ,即a n =2n -1(n ∈N *). (2)证明 ∵a n =2n -1, ∴b n =n (2n +1-1)-(2n -1)=n 2n +1-2n =n 2n , ∴T n =12+222+323+…+n 2n , 12T n =122+223+…+n -12n +n 2 n +1, ∴两式相减,得T n =2(12+122+123+…+12n -n 2n +1) =2-12 n -1-n 2n <2. 思维升华 错位相减法求数列的前n 项和是一种重要的方法.在应用这种方法时,一定要抓住数列的特征,即数列的项可以看作是由一个等差数列和一个等比数列对应项相乘所得数列的求和问题. 设数列{a n }满足a 1=2,a n +1-a n =3·22n - 1. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)令b n =na n ,求数列{b n }的前n 项和S n . 解 (1)由已知得,当n ≥1时, a n +1=[(a n +1-a n )+(a n -a n -1)+…+(a 2-a 1)]+a 1 =3(22n - 1+22n - 3+…+2)+2=22(n +1)-1 . 而a 1=2,符合上式, 所以数列{a n }的通项公式为a n =22n - 1. (2)由b n =na n =n ·22n -1 知 S n =1·2+2·23+3·25+…+n ·22n - 1.① 从而22·S n =1·23+2·25+3·27+…+n ·22n + 1.② ①-②,得(1-22)S n =2+23+25+…+22n - 1-n ·22n + 1, 即S n =19[(3n -1)22n + 1+2]. 热点三 裂项相消法求和 例3 已知等差数列{a n },公差d >0,前n 项和为S n ,S 3=6,且满足a 3-a 1,2a 2,a 8成等比 数列. (1)求{a n }的通项公式; (2)设b n =1 a n ·a n +2 ,求数列{b n }的前n 项和T n 的值. 思维启迪 (1)利用方程思想可确定a ,d ,写出{a n };(2)利用裂项相消法求T n . 解 (1)由S 3=6,得a 2=2. ∵a 3-a 1,2a 2,a 8成等比数列, ∴(2d )·(2+6d )=42, 解得d =1或d =-4 3, ∵d >0,∴d =1. ∴数列{a n }的通项公式为a n =n . (2)T n =11·3+12·4+13·5+…+1 n (n +2) =12[(1-13)+(12-14)+(13-15)+(14-16)+…+(1n -1 n +2)] =12(32-1n +1-1n +2)=3n 2+5n 4(n +1)(n +2) . 思维升华 裂项相消法适合于形如{1 a n ·a n +k }形式的数列,其中{a n }为等差数列. 已知等差数列{a n }是递增数列,且满足a 4·a 7=15,a 3+a 8=8. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)令b n =19a n -1a n (n ≥2),b 1=1 3,求数列{b n }的前n 项和S n .0,0