2021版高考文科数学一轮复习第六章 第5讲 数列的综合应用
【走向高考】高三数学一轮总复习 6-5数列的综合应用课件 北师大版

课前自主预习
知识梳理 1. 数列在实际生活中有着广泛的应用, 其解题的基本步骤, 可用图表示如下: 审题,找出题意 ――→ 实际应用题 构建数列模型 与结论间的数学关系
与数列有关的数学问题
数学问题的解
2.数列应用题常见模型: (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)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,随项的变化而变化时,应考虑是 an 与 an+1 的递推 关系,还是前 n 项和 Sn 与 Sn+1 之间的递推关系.
[答案] B
)
B.7s D.9s
[解析]
设至少需要 ns,则
1+21+22+…+2n-1≥100, 1-2n ∴ ≥100,∴n≥7.故选 B. 1-2
5.(2012· 合肥模拟)秋末冬初,流感盛行,某医院近 30 天 每天入院治疗流感的人数依次构成数列{an},已知 a1=1,a2 =2,且 an+2-an=1+(-1)n(n∈N+),则该医院 30 天入院治 疗流感的人数共有________.
课堂典例讲练
等差数列与等比数列的综合应用
[例 1]
设数列{an}的前 n 项和为 Sn,且(3-m)Sn+2man
=m+3(n∈N+),其中 m 为常数,m≠-3,且 m≠0. (1)求证:{an}是等比数列; 3 (2)若数列{an}的公比满足 q=f(m)且 b1=a1,bn=2f(bn-
[答案] 2n2+6n
[解析]
令 n=1 得 a1=4,即 a1=16,
当 n≥2 时, an=(n2+3n)-[(n-1)2+3(n-1)]=2n+2, 所以 an=4(n+1)2,当 n=1 也适合, 所以 an=4(n+1)2(n∈N+). an a1 a2 an 于是 =4(n+1),故 2 + 3 +…+ =2n2+6n. n+1 n+1
2021高考文科数学一轮总复习课标通用版课件:第6章 数列 6-5

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解:(1)由 an+1-an=13(Sn-Sn-1)=31an(n≥2), 得 an+1=43an(n≥2).
又 a2=31,所以 an=1343n-2(n≥2). 1,n=1,
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[强化训练 1.2] (2019 年江西省抚州市七校高三 10 月联考)已知数列{an}满足 a1=1,
an+1=an+log31-2n2+1,则 a41=(
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经典品质/超越梦想 掌握一般数列求通项的几种常见方法.
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∴{an+1}是首项为 2,公比为 2 的等比数列, ∴an+1=2n,∴an=2n-1, ∴a2017=22017-1.故选 C. 答案:C
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人教课标A高考一轮复习精品课件6.5数列的综合应用

§6.5数列的综合应用基础知识自主学习要点梳理1扁廖数列应用题的基本步骤(1) 审题一仔细阅读材料,认真理解题意.(数列)语言,将实际问题转化(2) 建(3) 求解——求出该问题的数学解.(4) 还原——将所求结果还原到原实际问题中.2 •数列应用题常见模型(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) 分期付款模型:设贷款总额为a,年利率为匚等额还款数为b,分n期还完,则归r(l + r)n---------------- a.(1 +厂)"一1基础自测1 •数列何}是公差不为0的等差数列且a?、a10. a15> 等比数列{"}的连续三项,若等比数列{切}的首项6=3,则b2等于()A. B.5 C.2 D.解析由条件知=a7-a153/. (a7+3d) 2=a7X(a7+8d)5,24.*.9d=2a7, q=•.•b[=3^ .\b2=b1-q=5. :%o _ 如+3〃_ 5ciq ciq 32•—套共7册的书计划每两年出一册,若出完全部各册书,公元年代之和为13 958,则出齐这套书的年份是( )A.1994B.1996C.1998D.2000解析设出齐这套书的年份是x, D贝j (x-12) +(x-10)+(x-8)+..-+x=13 958,・・.7x・=13 9585/.X=2000.2(12 + 0)x73. (2009-四川文,3)等差数列{aj的公差不为零,首项a1=1,a2是引和as的等比中项,贝燉列{aj的前10项之和是( )A.90B.100C.145D.190解析由题意知,S+d) 2=a1(a1+4d), B即+2a[d+d2= +4a1d,/.d=2a1=2.•••S[o=1Oa[d=10+90=100・+2 a x 10x9 21-24•有一种细菌和一种病毒,每个细菌在每秒钟末能在杀死一个病毒的 同时将自身分裂为2个,现在有一个这样的细菌和100个这样的病 毒,问细菌将病毒全部杀死至少需要)A.6秒C.8秒解析 依题意 1+21+22+...+2n -1>100,>100,.\2n>101,・・・n27,即至少需要7秒细菌将病毒全部杀死. B.7秒 D.91 — 2〃1-25•已知数列{aj中,a1=2,点(a n.l5a n) a〔+■■■+*[ 0= ■解析• a n=2a n-l"^,• •a r r1=2(a ri.i・1),・・阳}是等比数列,则a n=2-1+1. • .a〔+a?+■ ■・*a[0=10+(2°+21+22+ (29)=10+ =1 033.1-210(n > 1 且n W N)满足y=2x-11 0331-2解(1)由a n+1=2S n+15nT得an=2Sn”1 (虑2), 两式相减得a n+r a n=2a n^0a n+1=3a n (n>2).又a2=2S〔+1 =3r\a2=3a1.故{%}是首项为公比为3的等比数列,・・气=3胡.(2)设{"}的公差为d,由T3=1 Sjb-j+b2+b3=15,可得b2=5, 故可设b1=5-d3b3=5+d J又a 〔=1 ,a2=39a3=9j 由题意可得(5-d+1)(5+d+9)=(5+3)2, 解得d1=2,d2=-10.・・•等差数列{"}的各项为正,.・・d>0,.•.d=25b1=3,.\T n=3n+ X2=n2+2n ・探究提高对等差.等比数列的综合问题的分析,应重点分析等差.等比数列的通项及前n项和;分析等差.等比数列项之间的关系•往往用到转化与化归的思想方法.2知能迁移1 (2009・全国I文,17)设等差数列{%}的前n项和为公比是正数的等比数列{"}的前n项和为口已知a1=15b1=35a3+b3=173T3-S3=125求{aj/bj的通项公式.解设{aj的公差为d, {bj的公比为q・由a3+b3=17#1 +2d+3q2=175①由①、②及q>0解得q=2,d=2.故所求的通项公式为a n=2n-1 ,b n=3 X 2討・题型二数列与函数的综合应用【例2】(12分)已知f(x)=log a x(a>0且詐4),设f(aj,f(a2),…,f(aj (nGN*)是首预为4,公差另2的等差数列.(1)设a为常数,求证:{%}是等比数列;(2)若b n=a n f(a n)5{b n}的箭n项和是S“^a=时,求S“・利用函数的有关知识得出%的表达式,再利用表达式解决其他问题.V2 思维启迪(1)证明f(a n)=4+(n-1) X 2=2n+2,/log a a n=2n+252分• 口一口2n+2• "a r\~a■・・・(n>2)为定值.・・・{%}为等比数列5分(2廨^=aj(ajta^log a a!^=(2n+2^a2n+2.当a=加瓦绑应)七弦血.7分S n=2.尝斜24+^-25+...+(n+1 他卄2 ①2S n=2-24+3-25+4-26+...+n-2n+2+(n+1 )・ 2岚②①■②得-S n=2.23+24+25+...+2n+2-(n+1)-2n+3V2 V2=16+=16+2卄3・24・“12^*2卄3=・“・2卄3・.♦.S =n-2n+3. 12分n"数列N函数的综合问题主要有以下两类:(1 )已知函数条件, 解决数列问题•此类问题一般利用函数的性质.图象研究数列问题;数列条件,解决函数问题•解决此类问题一般要充分利用数公式.求和方法对式子化简变形.2知能迁移2设等比数列{%}的前n 项和和 首项引=1, 公比q=f (D 证明:S =(2) 若数列{《虑2),求数列低}的通(3) 若=1 ,lHc n =a n(貫1,0)・ n¥(bnJ (nWN ; A 擞列{打的前Tn,求证:当曲2时,2STnV4・222 0 =(1+刃[1—(仝)〃 ]=(1+刃—2(厶)1,1 +2 1 + 2o 2又肌厂%(乙严=(乙)=1 +2 1 + 2=(1 + A)—几© ・(1)证明"11丄1 + 21一9(2)解心)=£,..也二旣・.古亡+1.・・・鬼项为=2,公差対1的等差数列.=J^(nl-1)=n+1,即b“="2.\7;=l + 2(-) + 3(-)2+A +H (-),7_1.I1 1 0 1 Q 1(3)证明・・•当=1时, 2•••产巧+ 2(产3(尹+A+%)“.两式相减得扣i+(》+(y+A y = 2[l-(|r]-n(|)\ .• ^=4-(-r2-n(-r i<4. 又・九1%>0, ・・・人单调递增./.T n>T2=2・故当曲2时,2<T n<4・题型三数列的实际应用【例3】假设某市2008年新建住房400万平方米,其中有250万平方米是中低价房,预计在今后的若干年内,该市每年新建住房面积平均比上一年增长8%・另外,每年新建住房中,中低价房的面积均比上一年增加50万平方米■那么,到哪一年底,(1)该市历年所建中低价房的累计面积(以2008年为累计的第一年)将首次不少于4 750万平方米?(2)当年建造的中低价房的面积占该年建造住房面积的比例首次大于85%?(参考数据:1.084^1.36,1.085«1.47,1.086«1.59)2思维启泡)要求学生会把实际问题转化为数学问题:S n=250n+ x50=^5r?+^J25n>4 750.(2归“>0・85"*店400崩8+解(1)设中低价房的命积形成的数列为{a}由题意可知{aj是等差数列,其中a-|=250jd=50,IJl!ja n=250+(n-1 )・ 50=50n+200S n=250n+ X 50=25n2+225n,4^25n2+225n>4 750,即n2+9n-190>0,而n是正整数,/.n>10.因此到2017年底,该市历年所建中低价房的累计面(2)设新建住房面积形成数列{b}由题意可知{"}是等比数列,其中b1=4005q=1.083则4=400・(1・08)討・由题意可知a n>0.85b 即50n+200>400-(1.08)n1・ 0・85・当n=5时,a5<0.85b5,当n=6时,a6>0.85b6,因此满足上述不等式的最小正整数n为6・因此到2013年底,当年建造的中低价房的面积占该年建造住房面积的比例首次大于85%.2探會湊匾类问题的关犍是如何把实际问题转化为数学问题,通过反复读题,列出有关信息,转化为数列的有关问题,这也是数学实际应用的具体体现.知能迁移3某市2008年共有1万辆燃油型公交车,有关部门计划于2009年投入128辆电力型公交车, 随后电力型公交车每年的投入比上一年增加50%, 试问:(1)该市在2015年应该投入多少辆电力型公交车?⑵到哪一年底,电力型公交车的数量开始超过该市公交车总量的?(lg657=2.82,lg 2=0.30,lg 3=0.48)解⑴该市逐年投入的电力型公交车的数量组成等比数列心丄其中a1=128,q=1・5,则在2015年应该投入的电力型公交车为a7=a[・q6=128X1.56=1 458 (辆)・13(2)记Sn=a〔+a?+・・・+&“,依据题意,得1 于是呻>5 0丽丽云护.5睜两边取常屈1(顷盤1・5〉lg1-1.5即n> =7・3,又nWI\T,因此心&所以到2016年底,电力型公交车的数量开始超过谡2市公交军蓉鈿=5览2Ig3-lg2657657~32思想方法感悟提高方法与技巧1 •深刻理解等差(比)数列的性质,熟悉它们的推导过程是解题的关键•两类数列性质既有相似之处,又有区别,要在应用中加强记忆.同时,用好性质也会降低解题的运算量,从而减少差错. 2•在等差数列与等比数列中,经常要根据条件列方程(组)求解,在解方程组时,仔细体会两种情形中解方程组的方法的不同之处.3•数列的渗透力很强,它和函数、方程、三角形、不等式等知识相互联系,优化组合,无形中加大了综合的力度•解决此类题目,必须对蕴藏在数列概念和方法中的数学思想有所了解,深刻领悟它在囁需作零鏗学囁讓'/数与方程”、4•在现实生活中,人口的增长、产量的增加、成本的降低、存贷款利自药讦算分期付款问题等,都可以利用数列来解决,因此要会鸚為需矗牒型,并用它解决实际问题失误与防范1 •等比数列的前n项和公式要分两种情况:公比等于1和公比不等于1・最容易忽视公比等于1的情况,要注意这方面的练习.2•数列的应用还包括实际问题,要学会建模,对应哪一类数列,进而求解.3•在有些情况下,证明数列的不等式要用到放缩法.2差数列,则A. B. 的值为Cl?+ “4c. ^5 —I D・或解析设农』的公比为q(q>0), 得”4®解得q=因此2腭+ 1由a32a2+a nV5-12A/5+I21 +V52定时检测一、选择题1 •各项都是正数的等比数列何}中,a2, a3,2•数列{aj中,a n=3n-7 (nGN*),数列{bj满足6= ,b n.j=27b n(n>2 KnGN*),^a n+log k b n为常数,则補足条件的k值( )A •唯一存在,且为B •唯一存在,且为3 1C ■存在且不唯一1 3D •不一定存在2解析依题意,/a n +log k b n 是常数, 即 log k 3=1 ,.*.kq3.答案B L =3n-7+(3n-2)log k=(3+3log k )n-7-2log k 53=0, 133•有一塔形几何体由若干个正方体构成,构成方式如图所示,上层正方体下底面的四个顶点是下层正方体上底面各边的中点•已知最底层正方体的棱长为2,且该塔形的表面积(含最底层正方体的底匯面积)超过39,则该塔形中正方体的个数至少是( )A.4C.6D.72 解析正方体按从下向上的顺序其棱长构成等比数列,其棱长分别为:2, , 1,,n 层正方体的表面积为 7216[1-(-),?] 1曲応知一0羊4- 740込32(—)"・整理得2p3£・・・n>5・ 2答案C 21 1 V2 214•气象学院用3・2万元买了一台天文观测仪,已知这台观测仪从启用的第一天起连续使用,第n天的维修保养费为元(nGN*),使用它直至报废最合算(所谓报废最合算是指使用这台仪器的平均耗资最少)为止, n+ 49一共使用巧厂()A.800天B.600天C.1 000天D.1 200天解析由第n天的维修保养费为元(ne Nil + 49可以得出观测仪的整个耗资费用,由平均费用鬲少而求得最小值成立时的相应n的值.设一共使用了n天,则使用n天的平均耗资为丸+ 49当且仅当(5侖取帑最木植,此时n=800.3.2x10" ----------------- — 1^4 OO答案A 2 二3.2x10 | 〃|9.9n n 20 23.2xl04 _ nn 205.2008年春,我国南方部分地区遭受了罕见的特大冻灾•大雪无情人有情,柳州某中学组织学生在学校开展募捐活动,第一天只有10人捐款,人均捐款10元,之后通过积极宣传,从第二天起,每天的捐款人数是前一天的2倍,且当天人均捐款数比前一天多5元,则截止到第5天(包括第5天)捐款总数将达到.8 000元A.4 800元C.9 600元D.11 200元解析由题意知,5天共捐款B10X10+ (10 X 2) X (10+5) + (10 X 22) X (15+5) + (10 X 23)X (20+5) + (10X24) X (25+5) =8 000 (元)・6•務譽攀野e”輕足引弓,且玄風+1是函Wx)=x2-b n x+2"的两个零点, A.24 B.32 C.48 D.64 D解析依题意<a n a n+1=2% 所lUa n+1a n+2=2n+15两式相除得=2,所以a〔,a3,a5,...成等比数列,a2,a4,a6,...^等比数列,而a1=1,a2=2,^f ^310=2-24=32,311=1.25=32. 又因为a n+a n+i=b n^^^Zb10=a10+a11=64.5_ r填空题〒已知数列{aj满足引=1 ,a2=-2,a n+2解析由于a1=13a2=-23a n+2=-, -10所以斥4=,a5=1卫6=・2,・・・,于是{%}是周期为4的数列,故S2Q=6X (1 -2-1 + )|+1-2=-10.•,则该数列前26器的和为丄a n8. (2008•江苏,10)将全体正整数排成一个三角形数阵:123456789 10按照以上排列的规律,第n行(血3)从左向右的第个,即为3个数为--- -2—H +6个,因此第n行第3个数是全体正整数中第+3n2 -nn2 -n + 69. (2009-福建理,15)五位同学围成一圈依序循环报数,规定:①第一位同学首次报出的数为第二位同学首次报出的数也为之后每位同学所报出的数都是前两位同学所报出的数之和;②若报出的数为3的倍数,则报该数的同学需拍手一次.已知甲同学第一个报数,当五位同学依序循环报到第100个数时,甲同学拍手的总次数为.解析设第n个同学报出的数为a n^!|a n+a n+1=a n+25••a n+2=a n+a n+15a n+3=a n+1 +a n+2=a n+2a n+1,a n+4=a n+3+a n+2=23n+^a n+1,•••a n+4+a n=2a n+3a n+1=3(a n+a n+1)-又a.为大于0的整数,・・叫被3整除时,富4也被3整除;a“不被3整除时,a.+4也不被3整除.=1 ,*2=1,*3=2,a4=3,a5=5,・・何}中被3整除的数为a4+4k(kWN),又甲报岀的数为a1+5m(mGN),・・・甲报出的数引+5^^3整除时,存在kWN,使1+5m=4+4k,・・.k= 5m-3 m_3---------- =m -------------- ,、4 4/.m-3被4整除,设m-3=4p(p WZ),贝!|m=4p+3.v1<1+5m<100,/.0<m<19.8,.-.0<4p+3<19.8,/.- <p<4.2,・・・p只能取0, 1, 2, 3, 4共5个整数,・・・m只能取3, 7, 11, 15, 19共5个整数,・••甲报出的数只有5次能被・・・甲拍了5次手.答案5三、解答题石〕为融我国的稀土资源,国家限定某矿区的出口总量不能超过80 吨,该矿区计划从2010年开始出口,当年出口a吨,以后每年出口量均比上一年减少10%.(1) 以2010年为第一年,设第n年出口量为a“吨,试求a“的表达式;(2) 因稀土资源不能再生,国家计划10年后终止该矿区的出口,问2010年最多出口多少吨?(保留一位小数)参考数据:0・9作0・35・解(1)由题意知每年的出口量构成等比数列,且首项a〔=a,公比q=1-10%=0.9,.•.a n=a0.9n1・(2) 10 年出口总量»0= =10a(1-0.910)・•.S1o<80, /.10a (1-0.910) S80, Q(]_0 9IO)即aS .\a<12.3. 1-0.9故2010年最多出口12・3吨.81_0.9心11 •设数列{a“}的前n项和为Sn,且(3・m) S n+2ma n=m+3 (nGN*) ■箕中m为常数,m^-3,且m*0・(2)若数列{aj的公比满足q=f(m)且匕口胡店f(bn・J(n G N;n22),求证:为等差数列,并求b“・证明(1)由(3・m) S n+2ma n=m+3,徼3-m)S n+1+2ma n+1=m+3, 相减,得(3+m)a n+1=2ma n (m^-3),・.・m是常数,且m^-3, m^O,©+i= 2ma n m + 3故 遑坐为0的常数,・・・{%}是等比数列. m +3(2)由b 1=a 1=1,q=f(m)=5nGN* H n>2, zm 是以1为首项,为公差的尊差数烦J, = 1b n b n-\ 3 •111 < -- > —仏J3 丄十口工 丄b n 3 3 " n + 2 解 (1)由题意得a 1=n-15a 2=(n-1 )+(n-2)-1 =2n-4,a 3=(n-1 )+(n-2)+(n-3)-1 -2=3n-9-b n= f (b n .!)= 3 得“b 刃+34=3虬・1,m + 33 2殆 •2 h+3,。
2021年高考数学一轮复习第六章数列第5讲数列的综合应用理

2021年高考数学一轮复习第六章数列第5讲数列的综合应用理一、选择题1.已知{a n }为等比数列.下面结论中正确的是 ( ).A .a 1+a 3≥2a 2B .a 21+a 23≥2a 22 C .若a 1=a 3,则a 1=a 2D .若a 3>a 1,则a 4>a 2解析 设公比为q ,对于选项A ,当a 1<0,q ≠1时不正确;选项C ,当q =-1时不正确;选项D ,当a 1=1,q =-2时不正确;选项B 正确,因为a 21+a 23≥2a 1a 3=2a 22.答案 B2.满足a 1=1,log 2a n +1=log 2a n +1(n ∈N *),它的前n 项和为S n ,则满足S n >1 025的最小n 值是( ).A .9B .10C .11D .12解析 因为a 1=1,log 2a n +1=log 2a n +1(n ∈N *),所以a n +1=2a n ,a n =2n -1,S n =2n-1,则满足S n >1 025的最小n 值是11. 答案 C3.某化工厂打算投入一条新的生产线,但需要经环保部门审批同意方可投入生产.已知该生产线连续生产n 年的累计产量为f (n )=12n (n +1)(2n +1)吨,但如果年产量超过150吨,将会给环境造成危害.为保护环境,环保部门应给该厂这条生产线拟定最长的生产期限是( ).A .5年B .6年C .7年D .8年解析 由已知可得第n 年的产量a n =f (n )-f (n -1)=3n 2.当n =1时也适合,据题意令a n ≥150⇒n ≥52,即数列从第8项开始超过150,即这条生产线最多生产7年. 答案 C4.在等差数列{a n }中,满足3a 4=7a 7,且a 1>0,S n 是数列{a n }前n 项的和,若S n 取得最大值,则n =( ).A .7B .8C .9D .10解析 设公差为d ,由题设3(a 1+3d )=7(a 1+6d ), 所以d =-433a 1<0.解不等式a n >0,即a 1+(n -1)⎝ ⎛⎭⎪⎫-433a 1>0,所以n <374,则n ≤9,当n ≤9时,a n >0,同理可得n ≥10时,a n <0. 故当n =9时,S n 取得最大值. 答案 C5.设y =f (x )是一次函数,若f (0)=1,且f (1),f (4),f (13)成等比数列,则f (2)+f (4)+…+f (2n )等于( ).A .n (2n +3)B .n (n +4)C .2n (2n +3)D .2n (n +4)解析 由题意可设f (x )=kx +1(k ≠0), 则(4k +1)2=(k +1)×(13k +1),解得k =2,f (2)+f (4)+…+f (2n )=(2×2+1)+(2×4+1)+…+(2×2n +1)=2n 2+3n .答案 A6.若数列{a n }为等比数列,且a 1=1,q =2,则T n =1a 1a 2+1a 2a 3+…+1a n a n +1的结果可化为( ) A .1-14nB .1-12nC.23⎝⎛⎭⎪⎫1-14nD.23⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n 解析 a n =2n -1,设b n =1a n a n +1=⎝ ⎛⎭⎪⎫122n -1,则T n =b 1+b 2+…+b n =12+⎝ ⎛⎭⎪⎫123+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫122n -1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-14n 1-14=23⎝ ⎛⎭⎪⎫1-14n .答案 C 二、填空题7.设关于x 的不等式x 2-x <2nx (n ∈N *)的解集中整数的个数为a n ,数列{a n }的前n 项和为S n ,则S 100的值为________.解析 由x 2-x <2nx (n ∈N *),得0<x <2n +1,因此知a n =2n . ∴S 100=1002+2002=10 100.答案 10 1008.已知a ,b ,c 成等比数列,如果a ,x ,b 和b ,y ,c 都成等差数列,则a x +cy=________.解析 赋值法.如令a ,b ,c 分别为2,4,8,可求出x =a +b2=3,y =b +c2=6,a x+cy=2. 答案 29.设曲线y =x n +1(n ∈N *)在点(1,1)处的切线与x 轴的交点的横坐标为x n ,令a n =lg x n ,则a 1+a 2+a 3+…+a 99的值为________.解析 由y ′=(n +1)x n (x ∈N *),所以在点(1,1)处的切线斜率k =n +1,故切线方程为y =(n +1)(x -1)+1,令y =0得x n =nn +1,所以a 1+a 2+a 3+…+a 99=lg x 1+lg x 2+…+lg x 99=lg(x 1·x 2·…·x 99)=lg 12×23×…×9999+1=lg 199+1=-2.答案 -210.数列{a n }的前n 项和为S n ,若数列{a n }的各项按如下规律排列:12,13,23,14,24,34,15,25,35,45,…,1n ,2n ,…,n -1n ,…,有如下运算和结论: ①a 24=38;②数列a 1,a 2+a 3,a 4+a 5+a 6,a 7+a 8+a 9+a 10,…是等比数列;③数列a 1,a 2+a 3,a 4+a 5+a 6,a 7+a 8+a 9+a 10,…的前n 项和为T n =n 2+n4;④若存在正整数k ,使S k <10,S k +1≥10,则a k =57.其中正确的结论有________.(将你认为正确的结论序号都填上)解析 依题意,将数列{a n }中的项依次按分母相同的项分成一组,第n 组中的数的规律是:第n 组中的数共有n 个,并且每个数的分母均是n +1,分子由1依次增大到n ,第n 组中的各数和等于1+2+3+…+n n +1=n2.对于①,注意到21=66+12<24<77+12=28,因此数列{a n }中的第24项应是第7组中的第3个数,即a 24=38,因此①正确.对于②、③,设b n 为②、③中的数列的通项,则b n =1+2+3+…+n n +1=n 2,显然该数列是等差数列,而不是等比数列,其前n 项和等于12×n n +12=n 2+n4,因此②不正确,③正确.对于④,注意到数列的前6组的所有项的和等于62+64=1012,因此满足条件的a k 应是第6组中的第5个数,即a k =57,因此④正确.综上所述,其中正确的结论有①③④. 答案 ①③④ 三、解答题11.已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,S 5=35,a 5和a 7的等差中项为13. (1)求a n 及S n ;(2)令b n =4a 2n -1(n ∈N *),求数列{b n }的前n 项和T n . 解 (1)设等差数列{a n }的公差为d , 因为S 5=5a 3=35,a 5+a 7=26,所以⎩⎨⎧a 1+2d =7,2a 1+10d =26,解得a 1=3,d =2,所以a n =3+2(n -1)=2n +1,S n =3n +n n -12×2=n 2+2n .(2)由(1)知a n =2n +1,所以b n =4a 2n -1=1nn +1=1n -1n +1,所以T n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1=1-1n +1=n n +1. 12.设数列{a n }的前n 项和为S n ,满足2S n =a n +1-2n +1+1,n ∈N *,且a 1,a 2+5,a 3成等差数列. (1)求a 1的值;(2)求数列{a n }的通项公式;(3)证明:对一切正整数n ,有1a 1+1a 2+…+1a n <32.(1)解 当n =1时,2a 1=a 2-4+1=a 2-3, ① 当n =2时,2(a 1+a 2)=a 3-8+1=a 3-7,② 又a 1,a 2+5,a 3成等差数列,所以a 1+a 3=2(a 2+5),③由①②③解得a 1=1.(2)解 ∵2S n =a n +1-2n +1+1, ∴当n ≥2时,有2S n -1=a n -2n +1,两式相减整理得a n +1-3a n =2n,则a n +12n-32·a n2n -1=1, 即a n +12n+2=32⎝ ⎛⎭⎪⎫a n 2n -1+2.又a 120+2=3,知 ⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫a n 2n -1+2是首项为3,公比为32的等比数列,∴a n2n -1+2=3⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1, 即a n =3n -2n ,n =1时也适合此式,∴a n =3n -2n . (3)证明 由(2)得1a n =13n -2n.当n ≥2时,⎝ ⎛⎭⎪⎫32n >2,即3n -2n >2n ,∴1a 1+1a 2+…+1a n <1+⎝ ⎛⎭⎪⎫122+⎝ ⎛⎭⎪⎫123+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫12n =1+12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n -1<32. 13.已知各项均不相等的等差数列{a n }的前四项和为14,且a 1,a 3,a 7恰为等比数列{b n }的前三项.(1)分别求数列{a n },{b n }的前n 项和S n ,T n ;(2)记数列{a n b n }的前n 项和为K n ,设c n =S n T nK n,求证:c n +1>c n (n ∈N *). (1)解 设公差为d ,则⎩⎨⎧4a 1+6d =14,a 1+2d 2=a 1a 1+6d ,解得d =1或d =0(舍去),a 1=2,所以a n =n +1,S n =n n +32.又a 1=2,d =1,所以a 3=4,即b 2=4.所以数列{b n }的首项为b 1=2,公比q =b 2b 1=2,所以b n =2n ,T n =2n +1-2.(2)证明 因为K n =2·21+3·22+…+(n +1)·2n , ①故2K n =2·22+3·23+…+n ·2n +(n +1)·2n +1,②①-②得-K n =2·21+22+23+…+2n -(n +1)·2n +1,∴K n =n ·2n +1,则c n =S n T n K n =n +32n -12n +1.c n +1-c n =n +42n +1-12n +2-n +32n -12n +1=2n +1+n +22n +2>0,所以c n +1>c n (n ∈N *).14.设数列{a n }的前n 项和S n 满足S n +1=a 2S n +a 1,其中a 2≠0. (1)求证:{a n }是首项为1的等比数列;(2)若a 2>-1,求证:S n ≤n2(a 1+a n ),并给出等号成立的充要条件.证明 (1)由S 2=a 2S 1+a 1,得a 1+a 2=a 2a 1+a 1, 即a 2=a 2a 1.因a 2≠0,故a 1=1,得a 2a 1=a 2,又由题设条件知S n +2=a 2S n +1+a 1,S n +1=a 2S n +a 1, 两式相减得S n +2-S n +1=a 2(S n +1-S n ),即a n +2=a 2a n +1,由a 2≠0,知a n +1≠0,因此a n +2a n +1=a 2. 综上,a n +1a n=a 2对所有n ∈N *成立.从而{a n }是首项为1,公比为a 2的等比数列. (2)当n =1或2时,显然S n =n2(a 1+a n ),等号成立.设n ≥3,a 2>-1且a 2≠0,由(1)知,a 1=1,a n =a n -12, 所以要证的不等式化为:1+a 2+a 22+…+a n -12≤n2(1+a n -12)(n ≥3), 即证:1+a 2+a 22+…+a n2≤n +12(1+a n 2)(n ≥2),当a 2=1时,上面不等式的等号成立.当-1<a 2<1时,a r2-1与a n -r2-1,(r =1,2,…,n -1)同为负;当a 2>1时,a r 2-1与a n -r 2-1,(r =1,2,…,n -1)同为正; 因此当a 2>-1且a 2≠1时,总有(a r 2-1)(a n -r 2-1)>0,即a r 2+a n -r 2<1+a n 2,(r =1,2,…,n -1).上面不等式对r 从1到n -1求和得2(a 2+a 22+…+a n -12)<(n -1)(1+a n 2).由此得1+a 2+a 22+…+a n 2<n +12(1+a n 2).综上,当a 2>-1且a 2≠0时,有S n ≤n2(a 1+a n ),当且仅当n =1,2或a 2=1时等号成立.。
高考数学一轮总复习 5.5数列的综合应用练习-人教版高三全册数学试题

第五节 数列的综合应用时间:45分钟 分值:100分基础必做一、选择题1.各项都是正数的等比数列{a n }中,a 2,12a 3,a 1成等差数列,则a 4+a 5a 3+a 4的值为( )A.5-12 B.5+12C.1-52D.5-12或5+12解析 设{a n }的公比为q (q >0),由a 3=a 2+a 1,得q 2-q -1=0,解得q =1+52.而a 4+a 5a 3+a 4=q =1+52.答案 B2.据科学计算,运载“神舟”的“长征”二号系列火箭在点火后第一秒钟通过的路程为2 km ,以后每秒钟通过的路程增加2 km ,在到达离地面240 km 的高度时,火箭与飞船分离,则这一过程需要的时间是( )A .10秒钟B .13秒钟C .15秒钟D .20秒钟解析 设每一秒钟通过的路程依次为a 1,a 2,a 3,…a n 则数列{a n }是首项a 1=2,公差d =2的等差数列,由求和公式有na 1+n n -1d2=240,即2n +n (n -1)=240,解得n =15.答案 C3.已知各项不为0的等差数列{a n }满足2a 2-a 26+2a 10=0,首项为18的等比数列{b n }的前n 项和为S n ,若b 6=a 6,则S 6=( )A .16 B.318 C.638D.6316解析 由2a 2-a 26+2a 10=0,∴4a 6=a 26. ∵a 6≠0,∴a 6=4.∴b 6=4.又∵{b n }的首项b 1=18,∴q 5=b 6b 1=32.∴q =2. ∴S 6=18-4×21-2=638.答案 C4.(2014·某某八校二联)对于函数y =f (x ),部分x 与y 的对应关系如下表:数列{x n }1n n +1的图象上,则x 1+x 2+x 3+x 4+…+x 2 013+x 2 014的值为( )A .7 549B .7 545C .7 539D .7 535解析 由已知表格列出点(x n ,x n +1),(1,3),(3,5),(5,6),(6,1),(1,3),…,即x 1=1,x 2=3,x 3=5,x 4=6,x 5=1,…,数列{x n }是周期数列,周期为4,2 014=4×503+2,所以x 1+x 2+…+x 2 014=503×(1+3+5+6)+1+3=7 549.答案 A5.已知函数f (x )是定义在(0,+∞)上的单调函数,且对任意的正数x ,y 都有f (x ·y )=f (x )+f (y ),若数列{a n }的前n 项和为S n ,且满足f (S n +2)-f (a n )=f (3)(n ∈N *),则a n 为( )A .2n -1B .nC .2n -1D.⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1解析 由题意知f (S n +2)=f (a n )+f (3)(n ∈N *),∴S n +2=3a n ,S n -1+2=3a n -1(n ≥2), 两式相减得,2a n =3a n -1(n ≥2),又n =1时,S 1+2=3a 1=a 1+2, ∴a 1=1,∴数列{a n }是首项为1,公比为32的等比数列,∴a n =⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1.答案 D6.将石子摆成如图的梯形形状,称数列5,9,14,20,…为梯形数,根据图形的构成,此数列的第2 012项与5的差即a 2 012-5=( )A .2 018×2 012B .2 018×2 011C .1 009×2 012D .1 009×2 011解析 结合图形可知,该数列的第n 项a n =2+3+4+…+n +2.所以a 2 012-5=4+5+…+2 014=4×2 011+2 011×2 0102=2 011×1 009.故选D.答案 D 二、填空题7.已知数列{a n }满足a 1=1,a 2=-2,a n +2=-1a n,则该数列前26项的和为________.解析 由于a 1=1,a 2=-2,a n +2=-1a n,所以a 3=-1,a 4=12,a 5=1,a 6=-2,…,所以{a n }是周期为4的数列,故S 26=6×⎝ ⎛⎭⎪⎫1-2-1+12+1-2=-10. 答案 -108.植树节某班20名同学在一段直线公路一侧植树,每人植一棵,相邻两棵树相距10米.开始时需将树苗集中放置在某一树坑旁边.使每位同学从各自树坑出发前来领取树苗往返所走的路程总和最小,这个最小值为________米.解析 当放在最左侧坑时,路程和为2×(0+10+20+…+190);当放在左侧第2个坑时,路程和为2×(10+0+10+20+…+180)(减少了360米);当放在左侧第3个坑时,路程和为2×(20+10+0+10+20+…+170)(减少了680米);依次进行,显然当放在中间的第10、11个坑时,路程和最小,为2×(90+80+…+0+10+20+…+100)=2 000米.答案 2 0009.(2014·某某六校二模)已知数列{a n }的通项公式为a n =25-n,数列{b n }的通项公式为b n =n +k ,设=⎩⎪⎨⎪⎧b n ,a n ≤b n ,a n ,a n >b n ,若在数列{}中,c 5≤对任意n ∈N *恒成立,则实数k 的取值X围是________.解析 数列是取a n 和b n 中的最大值,据题意c 5是数列{}的最小项,由于函数y =25-n是减函数,函数y =n +k 是增函数,所以b 5≤a 5≤b 6或a 5≤b 5≤a 4,即5+k ≤25-5≤6+k 或25-5≤5+k ≤25-4,解得-5≤k ≤-4或-4≤k ≤-3,所以-5≤k ≤-3.答案 [-5,-3] 三、解答题10.(2014·某某高考模拟考试)数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=1,a n +1=2S n +1(n ∈N *),等差数列{b n }满足b 3=3,b 5=9.(1)分别求数列{a n },{b n }的通项公式; (2)设=b n +2a n +2(n ∈N *),求证:+1<≤13. 解 (1)由a n +1=2S n +1,① 得a n =2S n -1+1(n ≥2,n ∈N *),② ①-②得a n +1-a n =2(S n -S n -1), ∴a n +1=3a n (n ≥2,n ∈N *), 又a 2=2S 1+1=3,∴a 2=3a 1,∴a n =3n -1.∵b 5-b 3=2d =6,∴d =3,∴b n =3n -6. (2)证明:∵a n +2=3n +1,b n +2=3n ,∴=3n 3n +1=n 3n ,∴+1-=1-2n3n +1<0,∴+1<<…<c 1=13,即+1<≤13.11.已知{a n }是等差数列,公差为d ,首项a 1=3,前n 项和为S n .令=(-1)n S n (n ∈N *),{}的前20项和T 20=330.数列{b n }满足b n =2(a -2)dn -2+2n -1,a ∈R .(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若b n +1≤b n ,n ∈N *,求a 的取值X 围. 解 (1)设等差数列{a n }的公差为d , 因为=(-1)nS n ,所以T 20=-S 1+S 2-S 3+S 4+…+S 20=330,则a 2+a 4+a 6+…+a 20=330, 即10(3+d )+10×92×2d =330,解得d =3,所以a n =3+3(n -1)=3n . (2)由(1)知b n =2(a -2)3n -2+2n -1,b n +1-b n =2(a -2)3n -1+2n -[2(a -2)3n -2+2n -1]=4(a -2)3n -2+2n -1=4·3n -2⎣⎢⎡⎦⎥⎤a -2+12⎝ ⎛⎭⎪⎫23n -2.由b n +1≤b n ⇔(a -2)+12⎝ ⎛⎭⎪⎫23n -2≤0⇔a ≤2-12⎝ ⎛⎭⎪⎫23n -2,因为2-12⎝ ⎛⎭⎪⎫23n -2随着n 的增大而增大,所以n =1时,2-12⎝ ⎛⎭⎪⎫23n -2取得最小值54.所以a ≤54.培优演练1.已知点(1,13)是函数f (x )=a x(a >0,且a ≠1)的图象上一点,等比数列{a n }的前n项和为f (n )-c ,数列{b n }(b n >0)的首项为c ,且前n 项和S n 满足S n -S n -1=S n +S n -1(n ≥2).(1)求数列{a n }和{b n }的通项公式; (2)若数列{1b n b n +1}的前n 项和为T n ,问满足T n >1 0002 009的最小正整数n 是多少? 解 (1)因为f (1)=a =13,所以f (x )=⎝ ⎛⎭⎪⎫13x.a 1=f (1)-c =13-c ,a 2=[f (2)-c ]-[f (1)-c ]=f (2)-f (1)=⎝ ⎛⎭⎪⎫132-13=-29,a 3=[f (3)-c ]-[f (2)-c ]=f (3)-f (2)=⎝ ⎛⎭⎪⎫133-⎝ ⎛⎭⎪⎫132=-227.又数列{a n }是等比数列,设其公比为q ,所以a 1=a 22a 3=481-227=-23=13-c ,所以c =1.又公比q =a 2a 1=13,所以a n =-23⎝ ⎛⎭⎪⎫13n -1=-2⎝ ⎛⎭⎪⎫13n (n ∈N *).因为S n -S n -1=(S n -S n -1)(S n +S n -1)=S n +S n -1(n ≥2), 又b n >0,S n >0,所以S n -S n -1=1.所以数列{S n }构成一个首项为1,公差为1的等差数列,S n =1+(n -1)×1=n ,故S n =n 2.当n ≥2时,b n =S n -S n -1=n 2-(n -1)2=2n -1,当n =1时,b 1=1也适合此通项公式,所以b n =2n -1(n ∈N *). (2)T n =1b 1b 2+1b 2b 3+1b 3b 4+…+1b n b n +1=11×3+13×5+15×7+…+12n -1×2n +1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13+12⎝ ⎛⎭⎪⎫13-15+12⎝ ⎛⎭⎪⎫15-17+…+12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n +1=n2n +1. 由T n =n 2n +1>1 0002 009,得n >1 0009,所以满足T n >1 0002 009的最小正整数n 为112. 2.已知数列{a n }中,a 1=35,a n =2-1a n -1(n ≥2,n ∈N *),数列{b n }满足b n =1a n -1(n ∈N *).(1)证明:数列{b n }是等差数列;(2)若S n =(a 1-1)·(a 2-1)+(a 2-1)·(a 3-1)+…+(a n -1)·(a n +1-1),是否存在a ,b ∈Z ,使得a ≤S n ≤b 恒成立?若存在,求出a 的最大值与b 的最小值;若不存在,请说明理由.解 (1)由题意,知当n ≥2时,b n -1=1a n -1-1,b n =1a n -1=12-1a n -1-1=a n -1a n -1-1, 所以b n -b n -1=a n -1a n -1-1-1a n -1-1=1(n ∈N *,n ≥2).所以{b n }是首项为b 1=1a 1-1=-52,公差为1的等差数列. (2)由(1),知b n =n -72.依题意,有S n =(a 1-1)·(a 2-1)+(a 2-1)·(a 3-1)+…+(a n-1)·(a n +1-1)=1b 1·1b 2+1b 2·1b 3+…+1b n ·1b n +1=1b 1-1b n +1=-25-1n +1-72.设函数y =1x -72,当x >72时,y >0,y ′<0,则函数在⎝ ⎛⎭⎪⎫72,+∞上为减函数,故当n =3时,S n =-25-1n +1-72取最小值-125. 而函数y =1x -72在x <72时,y <0,y ′=-1⎝ ⎛⎭⎪⎫x -722<0,函数在⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,72上也为减函数, 故当n =2时,S n 取得最大值85.故a 的最大值为-3,b 的最小值为2.。
高考数学一轮复习课件5.5数列的综合应用

•2.数列应用题Байду номын сангаас见模型
•(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)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,随项的变化而变化时, 应考虑是an与an+1的递推关系,还是前n项和 Sn与Sn+1之间的递推关系.
•1.数列与函数方程相结合时主要考查函数的 思想及函数的性质(多为单调性).
•2.转化化归思想,an与Sn转化,一般数列 与特殊数列的转化等.
•数列的综合应用是高考的重点内容,重点考 查学生分析问题和解决问题的能力.从高考 命题来看,本考点突出知识的交汇,题型多 样,小题“以小见大”,解答题往往需运用数列 与其他知识(方程、不等式、函数)综合解决, 创新能力要求高,突出数学思想方法的考查 .
•【答案】 C
•2.有一种细菌和一种病毒,每个细菌在每 秒钟杀死一个病毒的同时将自身分裂为2个, 现在有一个这样的细菌和100个这样的病毒, 问细菌将病毒全部杀死至少需要( ) •A.6秒钟 B.7秒钟 C.8秒钟 D.9秒 钟
•【答案】 B
•4.(2013·广州调研)已知{an}是等差数列, 其公差为-2,且a7是a3与a9的等比中项,Sn 为{an}的前n项和,n∈N*,则S10=________ .
•1.(2012·四川高考改编)设函数f(x)=(x- 3)3+x-3,{an}是公差不为0的等差数列, f(a1)+f(a2)+…+f(a7)=0,则a1+a2+…+ a7=( ) •A.0 B.7 C.14
D.21
2021年高考数学一轮复习 第六篇 数列 第5讲 数列的综合应用教案 理 新人教版

2021年高考数学一轮复习第六篇数列第5讲数列的综合应用教案理新人教版【xx年高考会这样考】1.考查数列的函数性及与方程、不等式、解析几何相结合的数列综合题.2.考查运用数列知识解决数列综合题及实际应用题的能力.【复习指导】1.熟练把握等差数列与等比数列的基本运算.2.掌握隐藏在数列概念和解题方法中的数学思想,如“函数与方程”、“数形结合”、“分类讨论”、“等价转化”等.3.注意总结相关的数列模型以及建立模型的方法.基础梳理1.等比数列与等差数列比较表不同点相同点等差数列(1)强调从第二项起每一项与前项的差;(2)a1和d可以为零;(3)等差中项唯一(1)都强调从第二项起每一项与前项的关系;(2)结果都必须是同一个常数;(3)数列都可由a1,d或a1,q确定等比数列(1)强调从第二项起每一项与前项的比;(2)a1与q均不为零;(3)等比中项有两个值2.(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——将所求结果还原到原实际问题中.3.数列应用题常见模型(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)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,随项的变化而变化时,应考虑是a n与a n+1的递推关系,还是S n与S n+1之间的递推关系.一条主线数列的渗透力很强,它和函数、方程、三角形、不等式等知识相互联系,优化组合,无形中加大了综合的力度.解决此类题目,必须对蕴藏在数列概念和方法中的数学思想有所了解.两个提醒(1)对等差、等比数列的概念、性质要有深刻的理解,有些数列题目条件已指明是等差(或等比)数列,但有的数列并没有指明,可以通过分析,转化为等差数列或等比数列,然后应用等差、等比数列的相关知识解决问题.(2)数列是一种特殊的函数,故数列有着许多函数的性质.等差数列和等比数列是两种最基本、最常见的数列,它们是研究数列性质的基础,它们与函数、方程、不等式、三角等内容有着广泛的联系,等差数列和等比数列在实际生活中也有着广泛的应用,随着高考对能力要求的进一步增加,这一部分内容也将受到越来越多的关注.三种思想(1)数列与函数方程相结合时主要考查函数的思想及函数的性质(多为单调性).(2)数列与不等式结合时需注意放缩.(3)数列与解析几何结合时要注意递推思想.双基自测1.(人教A版教材习题改编)已知等差数列{a n}的公差为2,若a1,a3,a4成等比数列,则a2的值为( ).A.-4 B.-6 C.-8 D.-10解析由题意知:a23=a1a4.则(a2+2)2=(a2-2)(a2+4),解得:a2=-6.答案 B2.(xx·运城模拟)等比数列{a n}的前n项和为S n,若a1=1,且4a1,2a2,a3成等差数列,则S4=( ).A.7 B.8 C.15 D.16解析设数列{a n}的公比为q,则4a2=4a1+a3,∴4a1q=4a1+a1q2,即q2-4q+4=0,∴q=2.∴S 4=1-241-2=15.答案 C3.已知数列{a n }是各项均为正数的等比数列,数列{b n }是等差数列,且a 6=b 7,则有( ). A .a 3+a 9≤b 4+b 10 B .a 3+a 9≥b 4+b 10 C .a 3+a 9≠b 4+b 10D .a 3+a 9与b 4+b 10的大小关系不确定解析 记等比数列{a n }的公比为q (q >0),由数列{b n }为等差数列可知b 4+b 10=2b 7,又数列{a n }是各项均为正数的等比数列,∴a 3+a 9=a 3(1+q 6)=a 6⎝ ⎛⎭⎪⎫1+q 6q 3=b 7⎝ ⎛⎭⎪⎫1+q 6q 3,又1+q 6q 3=1q 3+q 3≥2(当且仅当q =1时,等号成立),∴a 3+a 9≥2b 7,即a 3+a 9≥b 4+b 10.答案 B4.若互不相等的实数a ,b ,c 成等差数列,c ,a ,b 成等比数列,且a +3b +c =10,则a =( ).A .4B .2C .-2D .-4解析 由c ,a ,b 成等比数列可将公比记为q ,三个实数a ,b ,c ,待定为cq ,cq 2,c .由实数a 、b 、c 成等差数列得2b =a +c ,即2cq 2=cq +c ,又等比数列中c ≠0,所以2q 2-q -1=0,解一元二次方程得q =1(舍去,否则三个实数相等)或q =-12,又a +3b +c =a +3aq+a q =-52a =10,所以a =-4. 答案 D5.(xx·苏州质检)已知等差数列的公差d <0,前n 项和记为S n ,满足S 20>0,S 21<0,则当n =________时,S n 达到最大值. 解析 ∵S 20=10(a 1+a 20)=10(a 10+a 11)>0,S 21=21a 11<0,∴a 10>0,a 11<0,∴n =10时,S n 最大. 答案 10考向一 等差数列与等比数列的综合应用【例1】►在等差数列{a n }中,a 10=30,a 20=50. (1)求数列{a n }的通项a n ;(2)令b n =2a n -10,证明:数列{b n }为等比数列.[审题视点] 第(1)问列首项a 1与公差d 的方程组求a n ;第(2)问利用定义证明. (1)解 由a n =a 1+(n -1)d ,a 10=30,a 20=50,得方程组⎩⎪⎨⎪⎧a 1+9d =30,a 1+19d =50,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1=12,d =2.∴a n =12+(n -1)·2=2n +10.(2)证明 由(1),得b n =2a n -10=22n +10-10=22n =4n,∴b n +1b n =4n +14n =4. ∴{b n }是首项是4,公比q =4的等比数列.对等差、等比数列的综合问题的分析,应重点分析等差、等比数列的通项及前n 项和;分析等差、等比数列项之间的关系.往往用到转化与化归的思想方法. 【训练1】 数列{a n }的前n 项和记为S n ,a 1=1,a n +1=2S n +1(n ≥1). (1)求{a n }的通项公式;(2)等差数列{b n }的各项为正,其前n 项和为T n ,且T 3=15, 又a 1+b 1,a 2+b 2,a 3+b 3成等比数列,求T n . 解 (1)由a n +1=2S n +1,可得a n =2S n -1+1(n ≥2), 两式相减得a n +1-a n =2a n ,则a n +1=3a n (n ≥2). 又a 2=2S 1+1=3,∴a 2=3a 1.故{a n }是首项为1,公比为3的等比数列,∴a n =3n -1.(2)设{b n }的公差为d ,由T 3=15,b 1+b 2+b 3=15,可得b 2=5,故可设b 1=5-d ,b 3=5+d ,又a 1=1,a 2=3,a 3=9, 由题意可得(5-d +1)(5+d +9)=(5+3)2, 解得d 1=2,d 2=-10.∵等差数列{b n }的各项为正,∴d >0, ∴d =2,b 1=3,∴T n =3n +n n -12×2=n 2+2n .考向二 数列与函数的综合应用【例2】►(xx·南昌模拟)等比数列{a n }的前n 项和为S n ,已知对任意的n ∈N *,点(n ,S n )均在函数y =b x+r (b >0且b ≠1,b ,r 均为常数)的图象上. (1)求r 的值; (2)当b =2时,记b n =n +14a n(n ∈N *),求数列{b n }的前n 项和T n . [审题视点] 第(1)问将点(n ,S n )代入函数解析式,利用a n =S n -S n -1(n ≥2),得到a n ,再利用a 1=S 1可求r . 第(2)问错位相减求和.解 (1)由题意,S n =b n+r ,当n ≥2时,S n -1=bn -1+r ,所以a n =S n -S n -1=bn -1·(b -1),由于b >0且b ≠1,所以n ≥2时,{a n }是以b 为公比的等比数列,又a 1=b +r ,a 2=b (b -1),a 2a 1=b ,即b b -1b +r=b ,解得r =-1.(2)由(1)知,n ∈N *,a n =(b -1)b n -1=2n -1,所以b n =n +14×2n -1=n +12n +1.T n =222+323+424+…+n +12n +1,12T n =223+324+…+n 2n +1+n +12n +2, 两式相减得12T n =222+123+124+…+12n +1-n +12n +2=34-12n +1-n +12n +2, ∴T n =32-12n -n +12n +1=32-n +32n +1.此类问题常常以函数的解析式为载体,转化为数列问题,常用的数学思想方法有“函数与方程”“等价转化”等.【训练2】 (xx·福建)已知等比数列{a n }的公比q =3,前3项和S 3=133.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若函数f (x )=A sin(2x +φ)(A >0,0<φ<π)在x =π6处取得最大值,且最大值为a 3,求函数f (x )的解析式.解 (1)由q =3,S 3=133得a 11-331-3=133,解得a 1=13. 所以a n =13×3n -1=3n -2.(2)由(1)可知a n =3n -2,所以a 3=3.因为函数f (x )的最大值为3,所以A =3; 因为当x =π6时f (x )取得最大值,所以sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2×π6+φ=1.又0<φ<π,故φ=π6.所以函数f (x )的解析式为f (x )=3sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x +π6. 考向三 数列与不等式的综合应用【例3】►(xx·惠州模拟)在等比数列{a n }中,a n >0(n ∈N *),公比q ∈(0,1),且a 1a 5+2a 3a 5+a 2a 8=25,又a 3与a 5的等比中项为2. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =log 2a n ,求数列{b n }的前n 项和S n ;(3)是否存在k ∈N *,使得S 11+S 22+…+S nn <k 对任意n ∈N *恒成立,若存在,求出k 的最小值,若不存在,请说明理由.[审题视点] 第(1)问由等比数列的性质转化为a 3+a 5与a 3a 5的关系求a 3与a 5;进而求a n ;第(2)问先判断数列{b n },再由求和公式求S n ;第(3)问由S n n 确定正负项,进而求S 11+S 22+…+S nn 的最大值,从而确定k 的最小值. 解 (1)∵a 1a 5+2a 3a 5+a 2a 8=25, ∴a 23+2a 3a 5+a 25=25,∴(a 3+a 5)2=25,又a n >0,∴a 3+a 5=5,又a 3与a 5的等比中项为2, ∴a 3a 5=4,而q ∈(0,1),∴a 3>a 5,∴a 3=4,a 5=1,∴q =12,a 1=16,∴a n =16×⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1=25-n.(2)∵b n =log 2a n =5-n , ∴b n +1-b n =-1,b 1=log 2a 1=log 216=log 224=4,∴{b n }是以b 1=4为首项,-1为公差的等差数列, ∴S n =n 9-n2.(3)由(2)知S n =n 9-n2,∴S n n =9-n 2.当n ≤8时,S n n >0;当n =9时,S n n=0; 当n >9时,S n n<0.∴当n =8或9时,S 11+S 22+S 33+…+S nn=18最大.故存在k ∈N *,使得S 11+S 22+…+S nn<k 对任意n ∈N *恒成立,k 的最小值为19. 解决此类问题要抓住一个中心——函数,两个密切联系:一是数列和函数之间的密切联系,数列的通项公式是数列问题的核心,函数的解析式是研究函数问题的基础;二是方程、不等式与函数的联系,利用它们之间的对应关系进行灵活的处理.【训练3】 (xx·岳阳模拟)已知单调递增的等比数列{a n }满足:a 2+a 3+a 4=28,且a 3+2是a 2,a 4的等差中项. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)若b n =a n log 12a n ,S n =b 1+b 2+…+b n ,求使S n +n ·2n +1>50成立的正整数n 的最小值.(1)解 设等比数列{a n }的首项为a 1,公比为q . 依题意,有2(a 3+2)=a 2+a 4,代入a 2+a 3+a 4=28, 可得a 3=8,∴a 2+a 4=20,所以⎩⎪⎨⎪⎧a 1q 2=8,a 1q +a 1q 3=20,解之得⎩⎪⎨⎪⎧q =2,a 1=2或⎩⎪⎨⎪⎧q =12,a 1=32.又∵数列{a n }单调递增,所以q =2,a 1=2, ∴数列{a n }的通项公式为a n =2n. (2)因为b n =2n log 122n =-n ·2n,所以S n =-(1×2+2×22+…+n ·2n), 2S n =-[1×22+2×23+…+(n -1)·2n +n ·2n +1],两式相减,得S n =2+22+23+…+2n -n ·2n +1=2n +1-2-n ·2n +1.要使S n +n ·2n +1>50,即2n +1-2>50,即2n +1≥52.易知:当n ≤4时,2n +1≤25=32<52;当n ≥5时,2n +1≥26=64>52.故使S n +n ·2n +1>50成立的正整数n 的最小值为5.难点突破14——数列与解析几何、三角的交汇问题从近几年新课标高考试题可以看出,不同省市的高考对该内容要求的不尽相同,考生复习时注意把握.数列与解析几何交汇问题主要是解析几何中的点列问题,关键是充分利用解析几何的有关性质、公式,建立数列的递推关系式,然后借助数列的知识加以解决.一、数列与解析几何交汇【示例】►(xx·陕西)如图,从点P1(0,0)作x轴的垂线交曲线y=e x于点Q1(0,1),曲线在Q1点处的切线与x轴交于点P2.再从P2作x轴的垂线交曲线于点Q2,依次重复上述过程得到一系列点:P1,Q1;P2,Q2;…;P n,Q n.记P k点的坐标为(x k,0)(k=1,2,…,n).(1)试求x k与x k-1的关系(2≤k≤n);(2)求|P1Q1|+|P2Q2|+|P3Q3|+…+|P n Q n|.二、数列与三角交汇【示例】►(xx·安徽)在数1和100之间插入n个实数,使得这n+2个数构成递增的等比数列,将这n+2个数的乘积记作T n,再令a n=lg T n,n≥1.(1)求数列{a n}的通项公式;(2)设b n=tan a n·tan a n+1,求数列{b n}的前n项和S n.。
2021届新课标数学一轮复习讲义_第五章_第5讲_数列的综合应用

第5讲 数列的综合应用考点一__等差数列与等比数列的综合问题______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.(1)求数列{a n }和{b n }的通项公式; (2)求数列{b n }的前n 项和.[解] (1)设等差数列{a n }的公差为d ,由题意得d =a 4-a 13=12-33=3,所以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 ,由题意得q 3=b 4-a 4b 1-a 1=20-124-3=8,解得q =2.所以b n -a n =(b 1-a 1)q n -1=2n -1.从而b n =3n +2n -1(n =1,2,…). (2)由(1)知b n =3n +2n -1(n =1,2,…).数列{3n }的前n 项和为32n (n +1),数列{2n -1}的前n 项和为1-2n 1-2=2n -1.所以,数列{b n }的前n 项和为32n (n +1)+2n -1.[规律方法] 解决等差数列与等比数列的综合问题,关键是理清两个数列的关系.如果同一数列中部分项成等差数列,部分项成等比数列,要把成等差数列或等比数列的项抽出来单独研究;如果两个数列通过运算综合在一起,要从分析运算入手,把两个数列分割开弄清两个数列各自的特征,再进行求解.1.已知等差数列{a n }的公差不为零,a 1=25 ,且a 1,a 11,a 13成等比数列.(1)求{a n }的通项公式;(2)求a 1+a 4+a 7+…+a 3n -2.解:(1)设{a n }的公差为d ,由题意得a 211=a 1a 13, 即(a 1+10d )2=a 1(a 1+12d ). 于是d (2a 1+25d )=0.又a 1=25,所以d =0(舍去),d =-2.故a n =-2n +27. (2)令S n =a 1+a 4+a 7+…+a 3n -2. 由(1)知a 3n -2=-6n +31,故{a 3n -2}是首项为25,公差为-6的等差数列. 从而S n =n 2(a 1+a 3n -2)=n2(-6n +56)=-3n 2+28n .考点二__数列的实际应用问题__________________某企业在第1年初购买一台价值为120万元的设备M ,M 的价值在使用过程中逐年减少.从第2年到第6年,每年初M 的价值比上年初减少10万元;从第7年开始,每年初M 的价值为上年初的75%.(1)求第n 年初M 的价值a n 的表达式;(2)设S n 表示数列{a n }的前n 项和,求S n (n ≥7).[解] (1)当n ≤6时,数列{a n }是首项为120,公差为-10的等差数列,a n =120-10(n -1)=130-10n ; 当n ≥6时,数列{a n }是以a 6为首项,34为公比的等比数列.又a 6=70,所以a n =70×⎝⎛⎭⎫34n -6.因此,第n 年初,M 的价值a n 的表达式为a n =⎩⎪⎨⎪⎧130-10n ,n ≤6,70×⎝⎛⎭⎫34n -6,n ≥7. (2)由等差及等比数列的求和公式得 当n ≥7时,由于S 6=570,故S n =S 6+(a 7+a 8+…+a n )=570+70×34×4×⎣⎡⎦⎤1-⎝⎛⎭⎫34n -6 =780-210×⎝⎛⎭⎫34n -6.[规律方法] 解答数列实际应用问题的步骤:(1)确定模型类型:理解题意,看是哪类数列模型,一般有等差数列模型、等比数列模型、简单的递推数列模型.基本特征见下表:数列模型 基本特征 等差数列 均匀增加或者减少等比数列 指数增长,常见的是增产率问题、存款复利问题 简单递推数列指数增长的同时又均匀减少.如年收入增长率为20%,每年年底要拿出a (常数)作为下年度的开销,即数列{a n }满足a n +1=1.2a n -a(2)或者不等式(组)等,在解模时要注意运算准确;(3)给出问题的答案:实际应用问题最后要把求解的数学结果化为对实际问题的答案,在解题中不要忽视了这点.2.现有流量均为300 m 3s 的两条河A ,B 汇合于某处后,不断混合,它们的含沙量分别为2 kgm 3和0.2 kgm 3,假设从汇合处开始,沿岸设有若干观测点,两股水流在流经相邻两个观测点的过程中,其混合效果相当于两股水流在1 s 内交换100 m 3的水量,即从A 股流入B 股100 m 3水,经混合后,又从B 股流入A 股100 m 3水并混合,问从第几个观测点开始,两股河水的含沙量之差小于0.01 kgm 3(不考虑沙沉淀). 解:设第n 个观测点处A 股水流含沙量为a n kg m 3,B 股水流含沙量为b n kgm 3,则a 1=2,b 1=0.2,b n =1400(300b n -1+100a n -1)=14(3b n -1+a n -1),a n =1400(300a n -1+100b n -1)=14(3a n -1+b n -1),a n -b n =12(a n -1-b n -1),∴{a n -b n }是以(a 1-b 1)为首项,12为公比的等比数列.∴a n -b n =95×⎝⎛⎭⎫12n -1.解不等式95×⎝⎛⎭⎫12n -1<10-2,得2n -1>180,∴n ≥9.因此,从第9个观测点开始,两股水流的含沙量之差小于0.01 kg m 3.考点三__数列与不等式的综合问题(高频考点)__数列与不等式的综合问题是每年高考的难点,多为解答题,难度偏大. 高考对数列与不等式的综合问题的考查常有以下两个命题角度: (1)以数列为载体,考查不等式的恒成立问题; (2)考查与数列问题有关的不等式的证明问题.等比数列{a n }满足a n +1+a n =9·2n -1,n ∈N *.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)设数列{a n }的前n 项和为S n ,若不等式S n >ka n -2对一切n ∈N *恒成立,求实数k 的取值范围. [解] (1)设等比数列{a n }的公比为q , ∵a n +1+a n =9·2n -1,n ∈N *, ∴a 2+a 1=9,a 3+a 2=18, ∴q =a 3+a 2a 2+a 1=189=2.∴2a 1+a 1=9,∴a 1=3. ∴a n =3·2n -1,n ∈N *.(2)由(1)知S n =a 1(1-q n )1-q =3(1-2n )1-2=3(2n -1),∴3(2n -1)>k ·3·2n -1-2,∴k <2-13·2n -1对一切n ∈N *恒成立. 令f (n )=2-13·2n -1,则f (n )随n 的增大而增大,∴f (n )min =f (1)=2-13=53,∴k <53.∴实数k 的取值范围为⎝⎛⎭⎫-∞,53. [规律方法] 数列与不等式的综合问题的解题策略(1)数列与不等式的恒成立问题.此类问题常构造函数,通过函数的单调性、最值等解决问题;(2)与数列有关的不等式证明问题.解决此类问题要灵活选择不等式的证明方法,如比较法、综合法、分析法、放缩法等.3.(1)已知函数f (x )满足f (x +y )=f (x )·f (y )且f (1)=12.①当n ∈N *时,求f (n )的表达式;②设a n =n ·f (n ),n ∈N *,求证:a 1+a 2+a 3+…+a n <2; (2)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且S n =2-⎝⎛⎭⎫2n +1a n (n ∈N *).①求证:数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 是等比数列;②设数列{2n a n }的前n 项和为T n ,A n =1T 1+1T 2+1T 3+…+1T n ,试比较A n 与2na n 的大小.解:(1)①令x =n ,y =1,得f (n +1)=f (n )·f (1)=12f (n ),∴{f (n )}是首项为12,公比为12的等比数列,∴f (n )=⎝⎛⎭⎫12n .②证明:设T n 为{a n }的前n 项和,∵a n =n ·f (n )=n ·⎝⎛⎭⎫12n, ∴T n =12+2×⎝⎛⎭⎫122+3×⎝⎛⎭⎫123+…+n ×⎝⎛⎭⎫12n ,12T n =⎝⎛⎭⎫122+2×⎝⎛⎭⎫123+3×⎝⎛⎭⎫124+…+(n -1)×⎝⎛⎭⎫12n +n ×⎝⎛⎭⎫12n +1, 两式相减得12T n =12+⎝⎛⎭⎫122+…+⎝⎛⎭⎫12n -n ×⎝⎛⎭⎫12n +1,∴T n =2-⎝⎛⎭⎫12n -1-n ×⎝⎛⎭⎫12n <2.(2)①证明:由a 1=S 1=2-3a 1,得a 1=12,当n ≥2时,由a n =S n -S n -1,得a n n =12×a n -1n -1,所以⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 是首项和公比均为12的等比数列.②由①得a n n =12n ,于是2n a n =n ,所以T n =1+2+3+…+n =n (n +1)2,则1T n =2⎝⎛⎭⎫1n -1n +1,于是A n =2⎝⎛⎭⎫1-1n +1=2nn +1,而2na n =2n +1n 2,所以问题转化为比较2n n 2与n n +1的大小. 设f (n )=2n n 2,g (n )=n n +1,当n ≥4时,f (n )≥f (4)=1,而g (n )<1,所以f (n )>g (n ). 经验证当n =1,2,3时,仍有f (n )>g (n ). 因此对任意的正整数n ,都有f (n )>g (n ).即A n <2na n.交汇创新——数列与函数的交汇设等差数列{a n }的公差为d ,点(a n ,b n )在函数f (x )=2x 的图象上(n ∈N *).(1)若a 1=-2,点(a 8,4b 7)在函数f (x )的图象上,求数列{a n }的前n 项和S n ; (2)若a 1=1,函数f (x )的图象在点(a 2,b 2)处的切线在x 轴上的截距为2-1ln 2,求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a nb n 的前n 项和T n . [解] (1)由已知,b 7=2a 7,b 8=2a 8=4b 7, 有2a 8=4×2a 7=2a 7+2.解得d =a 8-a 7=2.所以S n =na 1+n (n -1)2d =-2n +n (n -1)=n 2-3n .(2)函数f (x )=2x 在(a 2,b 2)处的切线方程为y -2a 2=(2a 2ln 2)(x -a 2), 它在x 轴上的截距为a 2-1ln 2.由题意知,a 2-1ln 2=2-1ln 2,解得a 2=2.所以d =a 2-a 1=1,从而a n =n ,b n =2n . 所以T n =12+222+323+…+n -12n -1+n 2n ,2T n =11+22+322+…+n2n -1.因此,2T n -T n =1+12+122+…+12n -1-n 2n =2-12n -1-n 2n =2n +1-n -22n .所以T n =2n +1-n -22n.[名师点评] 数列与函数的交汇创新主要有以下两类:(1)如本例,已知函数关系转化为数列问题,再利用数列的有关知识求解;(2)已知数列,在求解中利用函数的性质、思想方法解答.[提醒] 解题时要注意数列与函数的内在联系,灵活运用函数的思想方法求解,在问题的求解过程中往往会遇到递推数列,因此掌握递推数列的常见解法有助于该类问题的解决,同时要注意n 的范围.已知数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=1且3a n +1+2S n =3(n 为正整数).(1)求{a n }的通项公式;(2)若∀n ∈N *,32k ≤S n 恒成立,求实数k 的最大值.解:(1)当n =1时,a 1=1,3a n +1+2S n =3⇒a 2=13;当n ≥2时,3a n +1+2S n =3⇒3a n +2S n -1=3,得3(a n +1-a n )+2(S n -S n -1)=0,因此3a n +1-a n =0,即a n +1a n =13,因为a 2a 1=13,所以数列{a n }是首项a 1=1,公比q =13的等比数列,所以a n =⎝⎛⎭⎫13n -1.(2)因为∀n ∈N *,32k ≤S n 恒成立,S n =32⎣⎡⎦⎤1-⎝⎛⎭⎫13n ,即32k ≤32⎣⎡⎦⎤1-⎝⎛⎭⎫13n ,所以k ≤1-⎝⎛⎭⎫13n .令f (n )=1-⎝⎛⎭⎫13n,n ∈N *,所以f (n )单调递增,k 只需小于等于f (n )的最小值即可, 当n =1时,f (n )取得最小值,所以k ≤f (1)=1-13=23,实数k 的最大值为23.1.设等差数列{a n }和等比数列{b n }首项都是1,公差与公比都是2,则a b 1+a b 2+a b 3+a b 4+a b 5=( )A .54B .56C .58D .57解析:选D.由题意,a n =1+2(n -1)=2n -1,b n =1×2n -1=2n -1, ∴ab 1+…+ab 5=a 1+a 2+a 4+a 8+a 16=1+3+7+15+31=57.2.已知数列{a n }满足:a 1=m (m 为正整数),a n +1=⎩⎪⎨⎪⎧a n 2,当a n 为偶数时,3a n +1,当a n 为奇数时.若a 6=1,则m 所有可能的取值为( )A .{4,5}B .{4,32}C .{4,5,32}D .{5,32}解析:选C.a n +1=⎩⎪⎨⎪⎧a n 2,当a n 为偶数时,3a n +1,当a n 为奇数时,注意递推的条件是a n (而不是n )为偶数或奇数.由a 6=1一直往前面推导可得a 1=4或5或32.3.设等差数列{a n }的公差为d .若数列{2a 1a n }为递减数列,则( )A .d <0B .d >0C .a 1d <0D .a 1d >0解析:选C.设b n =2a 1a n ,则b n +1=2a 1a n +1,由于{2a 1a n }是递减数列,则b n >b n +1,即2a 1a n >2a 1a n +1.∵y =2x 是单调增函数,∴a 1a n >a 1a n +1,∴a 1a n -a 1(a n +d )>0,∴a 1(a n -a n -d )>0,即a 1(-d )>0,∴a 1d <0. 4.在数列{a n }中,若a 1=-2,a n +1=a n +n ·2n ,则a n =( ) A .(n -2)·2n B .1-12n C.23⎝⎛⎭⎫1-14n D.23⎝⎛⎭⎫1-12n 解析:选A.因为a n +1=a n +n ·2n ,所以a n +1-a n =n ·2n ,所以a n -a 1=(a n -a n -1)+(a n -1-a n -2)+…+(a 2-a 1)=(n -1)×2n -1+(n -2)×2n -2+…+2×22+1×21(n ≥2).设T n =(n -1)×2n -1+(n -2)×2n -2+…+2×22+1×21(n ≥2),则2T n =(n -1)×2n +(n -2)×2n -1+(n -3)×2n-2+…+2×23+1×22,两式相减得T n =(n -2)·2n +2(n ≥2),所以a n =(n -2)·2n +2+a 1=(n -2)·2n (n ≥2).又n=1时,上式成立,所以选A.5.在等比数列{a n }中,0<a 1<a 4=1,则能使不等式⎝⎛⎭⎫a 1-1a 1+⎝⎛⎭⎫a 2-1a 2+…+⎝⎛⎭⎫a n -1a n ≤0成立的最大正整数n 是( )A .5B .6C .7D .8解析:选C.设等比数列{a n }的公比为q ,则⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n 为等比数列,其公比为1q ,因为0<a 1<a 4=1,所以q >1且a 1=1q 3.又因为⎝⎛⎭⎫a 1-1a 1+⎝⎛⎭⎫a 2-1a 2+…+⎝⎛⎭⎫a n -1a n ≤0,所以a 1+a 2+…+a n ≤1a 1+1a 2+…+1a n , 即a 1(1-q n)1-q≤1a 1⎝⎛⎭⎫1-1q n 1-1q,把a 1=1q 3代入,整理得q n ≤q 7,因为q >1,所以n ≤7,故选C.6.某住宅小区计划植树不少于100棵,若第一天植2棵,以后每天植树的棵数是前一天的2倍,则需要的最少天数n (n ∈N *)等于________.解析:每天植树的棵数构成以2为首项,2为公比的等比数列,其前n 项和S n =a 1(1-q n )1-q =2(1-2n )1-2=2n +1-2.由2n +1-2≥100,得2n +1≥102.由于26=64,27=128.则n +1≥7,即n ≥6.答案:67.在等比数列{a n }中,若a n >0,且a 1·a 2·…·a 7·a 8=16,则a 4+a 5的最小值为________. 解析:由等比数列性质得,a 1a 2…a 7a 8=(a 4a 5)4=16,又a n >0,∴a 4a 5=2. 再由基本不等式,得a 4+a 5≥2a 4a 5=2 2.∴a 4+a 5的最小值为2 2. 答案:2 28.设S n 是数列{a n }的前n 项和,若S 2nS n(n ∈N *)是非零常数,则称数列{a n }为“和等比数列”.若数列{2b n }是首项为2,公比为4的等比数列,则数列{b n }__________(填“是”或“不是”)“和等比数列”.解析:数列{2b n }是首项为2,公比为4的等比数列,所以2b n =2·4n -1=22n -1,b n =2n -1.设数列{b n }的前n项和为T n ,则T n =n 2,T 2n =4n 2,所以T 2nT n=4,因此数列{b n }是“和等比数列”.答案:是9.在等比数列{a n }(n ∈N *)中,a 1>1,公比q >0,设b n =log 2a n ,且b 1+b 3+b 5=6,b 1b 3b 5=0. (1)求证:数列{b n }是等差数列;(2)求{b n }的前n 项和S n 及{a n }的通项公式a n . 解:(1)证明:∵b n =log 2a n , ∴b n +1-b n =log 2a n +1a n =log 2q 为常数,∴数列{b n }为等差数列且公差d =log 2q .(2)设数列{b n }的公差为d ,∵b 1+b 3+b 5=6,∴b 3=2. ∵a 1>1,∴b 1=log 2a 1>0. ∵b 1b 3b 5=0,∴b 5=0.∴⎩⎪⎨⎪⎧b 1+2d =2,b 1+4d =0,解得⎩⎪⎨⎪⎧b 1=4,d =-1. ∴S n =4n +n (n -1)2×(-1)=9n -n 22.∵⎩⎪⎨⎪⎧log 2q =-1,log 2a 1=4,∴⎩⎪⎨⎪⎧q =12,a 1=16.∴a n =25-n (n ∈N *).10.已知数列{a n }和{b n }满足a 1a 2a 3…·a n =(2)b n (n ∈N *).若{a n }为等比数列,且a 1=2,b 3=6+b 2. (1)求a n 与b n ;(2)设c n =1a n -1b n (n ∈N *).记数列{c n }的前n 项和为S n .①求S n ;②求正整数k ,使得对任意n ∈N *,均有S k ≥S n .解:(1)由题意知a 1a 2a 3…a n =(2)b n ,b 3-b 2=6,知a 3=(2)b 3-b2=8.又由a 1=2,得公比q =2(q =-2舍去), 所以数列{a n }的通项公式为a n =2n (n ∈N *), 所以,a 1a 2a 3…a n =2n (n +1)2=(2)n (n+1).故数列{b n }的通项公式为b n =n (n +1)(n ∈N *).(2)①由(1)知c n =1a n -1b n =12n -⎝⎛⎭⎫1n -1n +1(n ∈N *),所以S n =1n +1-12n (n ∈N *).②因为c 1=0,c 2>0,c 3>0,c 4>0,当n ≥5时,c n =1n (n +1)⎣⎡⎦⎤n (n +1)2n -1, 而n (n +1)2n-(n +1)(n +2)2n +1=(n +1)(n -2)2n +1>0,得n (n +1)2n ≤5×(5+1)25<1, 所以,当n ≥5时,c n <0.综上,对任意n ∈N *恒有S 4≥S n ,故k =4.1.已知首项都是1的两个数列{a n },{b n }(b n ≠0,n ∈N *)满足a n b n +1-a n +1b n +2b n +1b n =0. (1)令c n =a nb n ,求数列{c n }的通项公式;(2)若b n =3n -1,求数列{a n }的前n 项和S n .解:(1)因为a n b n +1-a n +1b n +2b n +1b n =0,b n ≠0(n ∈N *), 所以a n +1b n +1-a nb n=2,即c n +1-c n =2,所以数列{c n }是以首项c 1=1,公差d =2的等差数列,故c n =2n -1. (2)由b n =3n-1知a n =c n b n =(2n -1)3n -1,于是数列{a n }的前n 项和S n =1·30+3·31+5·32+…+(2n -1)·3n -1, 3S n =1·31+3·32+…+(2n -3)·3n -1+(2n -1)·3n ,相减得-2S n =1+2·(31+32+…+3n -1)-(2n -1)·3n =-2-(2n -2)3n , 所以S n =(n -1)3n +1.2.为了加强环保建设,提高社会效益和经济效益,北京市计划用若干时间更换一万辆燃油型公交车,每更换一辆新车,则淘汰一辆旧车,替换车为电力型和混合动力型车.今年初投入了电力型公交车128辆,混合动力型公交车400辆;计划以后电力型车每年的投入量比上一年增加50%,混合动力型每年比上一年多投入a 辆.(1)求经过n 年,该市被更换的公交车总数S (n ); (2)若该市计划7年内完成全部更换,求a 的最小值.解:(1)设a n ,b n 分别为第n 年投入的电力型公交车、混合动力型公交车的数量.依题意,得{a n }是首项为128,公比为1+50%=32的等比数列,{b n }是首项为400,公差为a 的等差数列.所以{a n }的前n 项和S n =128×⎣⎡⎦⎤1-⎝⎛⎭⎫32n1-32=256⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫32n-1,{b n }的前n 项和T n =400n +n (n -1)2a . 所以经过n 年,该市被更换的公交车总数为S (n )=S n +T n =256⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫32n-1+400n +n (n -1)2a .(2)若计划7年内完成全部更换,则S (7)≥10 000,所以256⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫327-1+400×7+7×62a ≥10 000,即21a ≥3 082,所以a ≥1461621.又a ∈N *,所以a 的最小值为147.3.已知点⎝⎛⎭⎫1,13是函数f (x )=a x (a >0且a ≠1)的图象上一点,等比数列{a n }的前n 项和为f (n )-c ,数列{b n }(b n >0)的首项为c ,且前n 项和S n 满足S n -S n -1=S n +S n -1(n ≥2,n ∈N *).(1)求数列{a n }和{b n }的通项公式;(2)若数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1b n b n +1的前n 项和为T n .问T n >1 0002 015的最小正整数n 是多少?解:(1)∵f (1)=a =13,∴f (x )=⎝⎛⎭⎫13x,a 1=f (1)-c =13-c , a 2=[f (2)-c ]-[f (1)-c ]=-29,当一个人先从自己的内心开始奋斗,他就是个有价值的人。
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第5讲数列的综合应用等差数列与等比数列的综合问题(师生共研)(2018·高考北京卷)设{a n}是等差数列,且a1=ln 2,a2+a3=5ln 2.(1)求{a n}的通项公式;(2)求e a1+e a2+…+e a n.【解】(1)设{a n}的公差为d.因为a2+a3=5ln 2,所以2a1+3d=5ln 2.又a1=ln 2,所以d=ln 2.所以a n=a1+(n-1)d=n ln 2.(2)因为e a1=e ln 2=2,e a ne a n-1=e a n-a n-1=e ln 2=2,所以{e a n}是首项为2,公比为2的等比数列.所以e a1+e a2+…+e a n=2×1-2n1-2=2(2n-1)=2n+1-2.等差数列、等比数列综合问题的解题策略(1)分析已知条件和求解目标,确定最终解决问题需要首先求解的中间问题,如求和需要先求出通项、求出通项需要先求出首项和公差(公比)等,确定解题的顺序.(2)注意细节.在等差数列与等比数列综合问题中,如果等比数列的公比不能确定,则要看其是否有等于1的可能,在数列的通项问题中第一项和后面的项能否用同一个公式表示等,这些细节对解题的影响也是巨大的.[提醒]在不能使用同一公式进行计算的情况下要注意分类讨论,分类解决问题后要注意结论的整合.(2020·吉林第一次调研测试)设S n 为数列{a n }的前n 项和,已知a 2=3,a n +1=2a n +1.(1)证明:{a n +1}为等比数列;(2)求{a n }的通项公式,并判断n ,a n ,S n 是否成等差数列?说明理由. 解:(1)证明:因为a 2=3,a 2=2a 1+1,所以a 1=1, 因为a n +1=2a n +1,所以a n +1+1=2(a n +1), 所以{a n +1}是首项为2,公比为2的等比数列. (2)由(1)知,a n +1=2n ,所以a n =2n -1, 所以S n =2-2n +11-2-n =2n +1-n -2,所以n +S n -2a n =n +2n +1-n -2-2(2n -1)=0, 所以n +S n =2a n ,即n ,a n ,S n 成等差数列.数列的实际应用与数学文化(师生共研)(2020·重庆八中4月模拟)某地区2018年人口总数为45万.实施“二孩”政策后,专家估计人口总数将发生如下变化:从2019年开始到2028年,每年人口总数比上一年增加0.5万人,从2029年开始到2038年,每年人口总数为上一年的99%.(1)求实施“二孩”政策后第n 年的人口总数a n (单位:万人)的表达式(注:2019年为第一年);(2)若“二孩”政策实施后的2019年到2038年人口平均值超过49万,则需调整政策,否则继续实施,问到2038年结束后是否需要调整政策?(参考数据:0.9910≈0.9)【解】 (1)由题意知,当1≤n ≤10时,数列{a n }是首项为45.5,公差为0.5的等差数列,可得a n =45.5+0.5×(n -1)=0.5n +45,则a 10=50;当11≤n ≤20时,数列{a n }是公比为0.99的等比数列,则a n =50×0.99n -10. 故实施“二孩”政策后第n 年的人口总数a n (单位:万人)的表达式为a n =⎩⎪⎨⎪⎧0.5n +45,1≤n ≤10,50×0.99n -10,11≤n ≤20.(2)设S n 为数列{a n }的前n 项和.从2019年到2038年共20年,由等差数列及等比数列的求和公式得S 20=S 10+(a 11+a 12+…+a 20)=477.5+4 950×(1-0.9910)≈972.5.所以“二孩”政策实施后的2019年到2038年人口平均值为S 2020≈48.63,则S 2020<49,故到2038年结束后不需要调整政策.数列实际应用中的常见模型(1)等差模型:如果增加(或减少)的量是一个固定的数,则该模型是等差模型,这个固定的数就是公差.(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,则该模型是等比模型,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,则应考虑考查的是第n 项a n 与第n +1项a n +1的递推关系还是前n 项和S n 与前n +1项和S n+1之间的递推关系.1.(2020·河南南阳模拟)我国古代名著《九章算术》中有这样一段话:“今有金箠,长五尺,斩本一尺,重四斤,斩末一尺,重二斤.”意思是:现有一根金箠,长5尺,头部1尺,重4斤,尾部1尺,重2斤.若该金箠从头到尾,每一尺的质量构成等差数列,则该金箠共重为( )A .6斤B .7斤C .9斤D .15斤解析:选D.设从头到尾每一尺的质量构成等差数列{a n }, 则有a 1=4,a 5=2, 所以a 1+a 5=6,数列{a n }的前5项和为S 5=5×a 1+a 52=5×3=15,即该金箠共重15斤.故选D.2.1979年,李政道博士给中国科技大学少年班出过一道智趣题:5只猴子分一堆桃子,怎么也不能分成5等份,只好先去睡觉,准备第二天再分,夜里1只猴子偷偷爬起来,先吃掉一个桃子,然后将其分成5等份,藏起自己的一份就去睡觉了;第2只猴子又爬起来,将剩余的桃子吃掉一个后,也将桃子分成5等份;藏起自己的一份睡觉去了;以后的3只猴子都先后照此办理,问:最初至少有多少个桃子?最后至少剩下多少个桃子?解:假如我们设最初有a 1个桃子,猴子每次分剩下的桃子依次为a 2,a 3,a 4,a 5,a 6,得到一个数列{a n },依题意,可知数列的递推公式:a n +1=a n -15(a n -1)-1,即a n +1=45(a n -1),整理变形,得a n +1+4=45(a n +4).故{a n +4}是以45为公比的等比数列,所以a 6+4=(a 1+4)⎝⎛⎭⎫455,欲使(a 6+4)∈N *,应有a 1+4=55m (m ∈N *),故最初至少有桃子a 1=55-4=3 121个,从而最后至少剩下a 6=45-4=1 020个.数列与函数、不等式的综合问题(师生共研)设函数f (x )=12+1x ,正项数列{a n }满足a 1=1,a n =f ⎝⎛⎭⎫1a n -1,n ∈N +,且n ≥2.(1)求数列{a n }的通项公式; (2)对n ∈N +,求证:1a 1a 2+1a 2a 3+1a 3a 4+…+1a n a n +1<2. 【解】 (1)由a n =f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1an -1, 所以a n =12+a n -1,n ∈N +,且n ≥2,所以数列{a n }是以1为首项,以12为公差的等差数列,所以a n =a 1+(n -1)d =1+12(n -1)=n +12.(2)证明:由(1)可知1a n a n +1=4(n +1)(n +2)=4⎝ ⎛⎭⎪⎫1n +1-1n +2,S n =1a 1a 2+1a 2a 3+1a 3a 4+…+1a n a n +1=4[⎝⎛⎭⎫12-13+⎝⎛⎭⎫13-14+⎝⎛⎭⎫14-15…+(1n +1-1n +2)] =4⎝ ⎛⎭⎪⎫12-1n +2 =2-4n +2<2,得证.数列与其他知识交汇问题的常见类型及解题策略(1)数列与函数的交汇问题①已知函数条件,解决数列问题,此类问题一般利用函数的性质、图象研究数列问题; ②已知数列条件,解决函数问题,解题时要注意数列与函数的内在联系,掌握递推数列的常见解法.(2)数列与不等式的交汇问题①函数方法:即构造函数,通过函数的单调性、极值等得出关于正实数的不等式,通过对关于正实数的不等式特殊赋值得出数列中的不等式;②放缩方法:数列中不等式可以通过对中间过程或者最后的结果放缩得到; ③比较方法:作差或者作商比较.1.(2020·安徽蚌埠模拟)曲线y =n 2x +ln x (n ∈N +)在x =2n处的切线斜率为a n ,则数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n a n +1的前n 项的和为 . 解析:对y =n 2x +ln x (n ∈N +)求导,可得y ′=n 2+1x ,由曲线y =n 2x +ln x (n ∈N +)在x =2n处的切线斜率为a n ,可得a n =n 2+n 2=n .所以1a n a n +1=1n (n +1)=1n -1n +1,则数列⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫1a n a n +1的前n 项的和为1-12+12-13+…+1n -1n +1=nn +1.答案:n n +12.(2020·浙江杭州4月模拟)已知数列{a n },{b n }满足a 1=1,且a n ,a n +1是函数f (x )=x 2-b n x +2n 的两个零点,则a 5= ,b 10= .解析:因为a n ,a n +1是函数f (x )=x 2-b n x +2n 的两个零点,所以a n ,a n +1是方程x 2-b n x+2n =0的两个根,根据根与系数的关系,可得a n ·a n +1=2n ,a n +a n +1=b n , 由a n ·a n +1=2n ,可得a n +1·a n +2=2n +1, 两式相除可得a n +2a n=2,所以a 1,a 3,a 5,…成公比为2的等比数列,a 2,a 4,a 6,…成公比为2的等比数列,又由a 1=1,得a 2=2,所以a 5=1×22=4,a 10=2×24=32,a 11=1×25=32,所以b 10=a 10+a 11=32+32=64. 答案:4 64[基础题组练]1.(2020·开封市定位考试)等比数列{a n }的前n 项和为S n ,若a 3+4S 2=0,则公比q =( )A .-1B .1C .-2D .2解析:选C.法一:因为a 3+4S 2=0,所以a 1q 2+4a 1+4a 1q =0,因为a 1≠0,所以q 2+4q +4=0,所以q =-2,故选C.法二:因为a 3+4S 2=0,所以a 2q +4a 2q +4a 2=0,因为a 2≠0,所以q +4q +4=0,即(q+2)2=0,所以q =-2,故选C.2.(2020·宁夏银川一中一模)已知等比数列{a n }中,有a 3a 11=4a 7,数列{b n }是等差数列,其前n 项和为S n ,且b 7=a 7,则S 13=( )A .26B .52C .78D .104解析:选B.设等比数列{a n }的公比为q ,因为a 3a 11=4a 7,所以a 27=4a 7≠0,解得a 7=4, 因为数列{b n }是等差数列,且b 7=a 7,所以S 13=13×(b 1+b 13)2=13b 7=13a 7=52.故选B.3.(2020·吉林长春5月联考)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,公差d >0,a 6和a 8是函数f (x )=154ln x +12x 2-8x 的极值点,则S 8=( )A .-38B .38C .-17D .17解析:选 A.因为f (x )=154ln x +12x 2-8x ,所以f ′(x )=154x +x -8=x 2-8x +154x=⎝⎛⎭⎫x -12⎝⎛⎭⎫x -152x,令f ′(x )=0,解得x =12或x =152.又a 6和a 8是函数f (x )的极值点,且公差d >0,所以a 6=12,a 8=152,所以⎩⎨⎧a 1+5d =12,a 1+7d =152,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1=-17,d =72.所以S 8=8a 1+8×(8-1)2×d =-38,故选A.4.设y =f (x )是一次函数,若f (0)=1,且f (1),f (4),f (13)成等比数列,则f (2)+f (4)+…+f (2n )等于( )A .n (2n +3)B .n (n +4)C .2n (2n +3)D .2n (n +4)解析:选A.由题意可设f (x )=kx +1(k ≠0),则(4k +1)2=(k +1)×(13k +1),解得k =2,f (2)+f (4)+…+f (2n )=(2×2+1)+(2×4+1)+…+(2×2n +1)=n (2n +3).5.(2020·江西南昌模拟)意大利数学家斐波那契以兔子繁殖为例,引入“兔子数列”:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…即F (1)=F (2)=1,F (n )=F (n -1)+F (n -2)(n ≥3,n ∈N +).此数列在现代物理、化学等方面都有着广泛的应用.若此数列被2除后的余数构成一个新数列{a n },则数列{a n }的前2 019项的和为( )A .672B .673C .1 346D .2 019解析:选C.由于{a n }是数列1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…各项除以2的余数,故{a n }为1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,…, 所以{a n }是周期为3的周期数列, 且一个周期中的三项之和为1+1+0=2. 因为2 019=673×3,所以数列{a n }的前2 019项的和为673×2=1 346.故选C.6.(2019·高考北京卷)设等差数列{a n }的前n 项和为S n .若a 2=-3,S 5=-10,则a 5= ,S n 的最小值为 .解析:设等差数列{a n }的公差为d ,因为⎩⎪⎨⎪⎧a 2=-3,S 5=-10,即⎩⎪⎨⎪⎧a 1+d =-3,5a 1+10d =-10,所以可得⎩⎪⎨⎪⎧a 1=-4,d =1,所以a 5=a 1+4d =0,因为S n =na 1+n (n -1)2d =12(n 2-9n ),所以当n =4或n =5时,S n 取得最小值,最小值为-10.答案:0 -10 7.若数列{a n }满足1a n +1-2a n =0,则称{a n }为“梦想数列”.已知正项数列{1b n }为“梦想数列”,且b 1+b 2+b 3=1,则b 6+b 7+b 8= .解析:由1a n +1-2a n=0可得a n +1=12a n ,故{a n }是公比为12的等比数列,故{1b n }是公比为12的等比数列,则{b n }是公比为2的等比数列,b 6+b 7+b 8=(b 1+b 2+b 3)25=32.答案:328.(2020·河北石家庄4月模拟)数列{a n }的前n 项和为S n ,定义{a n }的“优值”为H n =a 1+2a 2+…+2n -1a nn,现已知{a n }的“优值”H n =2n ,则S n = .解析:由H n =a 1+2a 2+…+2n -1a nn =2n ,得a 1+2a 2+…+2n -1a n =n ·2n , ①当n ≥2时,a 1+2a 2+…+2n -2a n -1=(n -1)2n -1, ②由①-②得2n -1a n =n ·2n -(n -1)2n -1=(n +1)2n -1,即a n =n +1(n ≥2), 当n =1时,a 1=2也满足式子a n =n +1,所以数列{a n }的通项公式为a n =n +1,所以S n =n (2+n +1)2=n (n +3)2.答案:n (n +3)29.(2020·武汉市部分学校调研)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,等比数列{b n }的前n 项和为T n ,a 1=-1,b 1=1,a 2+b 2=3.(1)若a 3+b 3=7,求{b n }的通项公式; (2)若T 3=13,求S n .解:(1)设{a n }的公差为d ,{b n }的公比为q , 则a n =-1+(n -1)d ,b n =q n -1. 由a 2+b 2=3,得d +q =4,① 由a 3+b 3=7,得2d +q 2=8,②联立①②,解得q =2或q =0(舍去),因此{b n }的通项公式为b n =2n -1. (2)因为T 3=b 1(1+q +q 2), 所以1+q +q 2=13, 解得q =3或q =-4, 由a 2+b 2=3得d =4-q , 所以d =1或d =8.由S n =na 1+12n (n -1)d ,得S n =12n 2-32n 或S n =4n 2-5n .10.(2020·湖南省湘东六校联考)已知数列{a n }的前n 项和S n 满足S n =S n -1+1(n ≥2,n ∈N ),且a 1=1.(1)求数列{a n }的通项公式a n ;(2)记b n =1a n ·a n +1,T n 为{b n }的前n 项和,求使T n ≥2n 成立的n 的最小值.解:(1)由已知有S n -S n -1=1(n ≥2,n ∈N ),所以数列{S n }为等差数列,又S 1=a 1=1,所以S n =n ,即S n =n 2.当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2-(n -1)2=2n -1. 又a 1=1也满足上式,所以a n =2n -1.(2)由(1)知,b n =1(2n -1)(2n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1,所以T n =12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13+13-15+…+12n -1-12n +1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n +1=n2n +1. 由T n ≥2n 得n 2≥4n +2,即(n -2)2≥6,所以n ≥5,所以n 的最小值为5.[综合题组练]1.(2020·北京市石景山区3月模拟)九连环是我国从古至今广为流传的一种益智游戏,它用九个圆环相连成串,以解开为胜.据明代杨慎《丹铅总录》记载:“两环互相贯为一,得其关捩,解之为二,又合而为一.”在某种玩法中,用a n 表示解下n (n ≤9,n ∈N +)个圆环所需的最少移动次数,数列{a n }满足a 1=1,且a n =⎩⎪⎨⎪⎧2a n -1-1,n 为偶数,2a n -1+2,n 为奇数,则解下4个环所需的最少移动次数a 4为( )A .7B .10C .12D .22解析:选A.因为数列{a n }满足a 1=1,且a n =⎩⎪⎨⎪⎧2a n -1-1,n 为偶数,2a n -1+2,n 为奇数,所以a 2=2a 1-1=2-1=1,所以a 3=2a 2+2=2×1+2=4, 所以a 4=2a 3-1=2×4-1=7.故选A.2.已知a n =3n (n ∈N +),记数列{a n }的前n 项和为T n ,若对任意的n ∈N +,⎝⎛⎭⎫T n +32k ≥3n -6恒成立,则实数k 的取值范围是 .解析:T n =3(1-3n )1-3=-32+3n +12,所以T n +32=3n +12,则原不等式可以转化为k ≥2(3n -6)3n +1=2n -43n 恒成立,令f (n )=2n -43n ,当n =1时,f (n )=-23,当n =2时,f (n )=0,当n =3时,f (n )=227,当n =4时,f (n )=481,即f (n )是先增加后减少,当n =3时,取得最大值227,所以k ≥227.答案:k ≥2273.(2019·高考江苏卷节选)定义首项为1且公比为正数的等比数列为“M -数列”. (1)已知等比数列{a n }(n ∈N +)满足:a 2a 4=a 5,a 3-4a 2+4a 1=0,求证:数列{a n }为“M -数列”;(2)已知数列{b n }(n ∈N +)满足:b 1=1,1S n =2b n -2b n +1,其中S n 为数列{b n }的前n 项和.求数列{b n }的通项公式.解:(1)证明:设等比数列{a n }的公比为q ,所以a 1≠0,q ≠0.由⎩⎪⎨⎪⎧a 2a 4=a 5,a 3-4a 2+4a 1=0,得⎩⎪⎨⎪⎧a 21q 4=a 1q 4,a 1q 2-4a 1q +4a 1=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1=1,q =2.因此数列{a n }为“M -数列”. (2)因为1S n =2b n -2b n +1,所以b n ≠0.由b 1=1,S 1=b 1,得11=21-2b 2,则b 2=2.由1S n =2b n -2b n +1,得S n =b n b n +12(b n +1-b n ), 当n ≥2时,由b n =S n -S n -1,得b n =b n b n +12(b n +1-b n )-b n -1b n2(b n -b n -1),整理得b n +1+b n -1=2b n .所以数列{b n }是首项和公差均为1的等差数列. 因此,数列{b n }的通项公式为b n =n (n ∈N +).4.(2020·陕西宝鸡二模)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,满足:a 1=1,S n +1-1=S n +a n ,数列{b n }为等比数列,满足b 1=4b 3,b 2=14<b 1,n ∈N +.(1)求数列{a n },{b n }的通项公式;(2)若数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n a n +1的前n 项和为W n ,数列{b n }的前n 项和为T n ,试比较W n 与1T n 的大小.解:(1)由S n +1-1=S n +a n , 可得a n +1=a n +1,又a 1=1,所以数列{a n }是首项和公差均为1的等差数列, 可得a n =n .因为数列{b n }为等比数列,满足b 1=4b 3,b 2=14<b 1,n ∈N *,所以设公比为q ,可得b 1=4b 1q 2,所以q =±12,当q =12时,12b 1=14,可得b 1=12>14.当q =-12时,-12b 1=14,得b 1=-12,不满足b 2<b 1,舍去,所以b n =⎝⎛⎭⎫12n.(2)1a n a n +1=1n (n +1)=1n -1n +1, W n =1-12+12-13+…+1n -1n +1=1-1n +1=nn +1<1.T n =12⎝⎛⎭⎫1-12n 1-12=1-12n ∈⎣⎡⎭⎫12,1,则1<1T n ≤2,故W n <1T n. 规范答题示范(三)数 列类型一 判断等差数列和等比数列 (12分)记S n 为等比数列{a n }[建桥寻突破]的前n 项和,已知S 2=2,S 3=-6.❶ (1)求{a n }的通项公式; (2)求S n,并判断S n +1,S n ,S n +2是否成等差数列.❷❶看到S 2=2,S 3=-6,想到S 2=a 1+a 2,S 3=a 1+a 2+a 3,利用等比数列的通项公式求解.❷看到判断S n +1,S n ,S n +2是否成等差数列,想到等差数列的等差中项,利用2S n =S n +1+S n +2进行证明.[规范解答](1)设{a n }的首项为a 1,公比为q , 由题设可得⎩⎪⎨⎪⎧a 1(1+q )=2,a 1(1+q +q 2)=-6,2分得分点①解得q =-2,a 1=-2.4分得分点②故{a n }的通项公式为a n =(-2)n .6分得分点③(2)由(1)可得S n =a 1(1-q n )1-q =-23+(-1)n2n +13,8分得分点④由于S n +2+S n +1=-43+(-1)n2n +3-2n+23=2⎣⎡⎦⎤-23+(-1)n2n +13=2S n ,11分得分点⑤故S n +1,S n ,S n +2成等差数列.12分得分点⑥[评分标准]①列出关于首项为a 1,公比为q 的方程组得2分; ②能够正确求出a 1和q 得2分,只求对一个得1分,都不正确不得分;③正确写出数列的通项公式得2分; ④正确计算出数列的前n 项和得2分;⑤能够正确计算出S n +1+S n +2的值得2分,得出结论2S n =S n +1+S n +2再得1分;⑥写出结论得1分.[解题点津](1)等差(或等比)数列的通项公式,前n 项和公式中有五个元素a 1、d (或q )、n 、a n 、S n ,“知三求二”是等差(等比)的基本题型,通过解方程组的方法达到解题的目的. (2)等差、等比数列的判定可采用定义法、中项法等.如本题采用中项法得出2S n =S n +1+S n +2.[核心素养] 数列问题是高考的必考题,求数列的通项公式及判断数列是否为等差或等比数列是高考的常见题型.本类题型重点考查“逻辑推理”及“数学运算”的核心素养.类型二 求数列的前n 项和(12分)已知{a n }为等差数列,前n 项和为S n (n ∈N +),{b n }是首项为2的等比数列,[建桥寻突破]❶看到求等差数列{a n }和等比数列{b n }的通。