(完整版)2019年高考数学试题分项版—数列(解析版)
2019年高考数学试题分项版——数列(解析版)
一、选择题
1.(2019·全国Ⅲ文,6)已知各项均为正数的等比数列{a n }的前4项和为15,且a 5=3a 3+4a 1,则a 3等于( )
A .16
B .8
C .4
D .2 答案 C
解析 设等比数列{a n }的公比为q ,由a 5=3a 3+4a 1得q 4=3q 2+4,得q 2=4,因为数列{a n }的各项均为正数,所以q =2,又a 1+a 2+a 3+a 4=a 1(1+q +q 2+q 3)=a 1(1+2+4+8)=15,所以a 1=1,所以a 3=a 1q 2=4.
2.(2019·浙江,10)设a ,b ∈R ,数列{a n }满足a 1=a ,a n +1=a n 2
+b ,n ∈N *,则( )
A .当b =1
2时,a 10>10 B .当b =1
4时,a 10>10 C .当b =-2时,a 10>10 D .当b =-4时,a 10>10 答案 A
解析 当b =1
2时,因为a n +1=a n 2+1
2,所以a 2≥1
2,又a n +1=a n 2+1
2≥√2a n ,故a 9≥a 2×(√2)7≥1
2×(√2)7=4√2,a 10>a 92≥32>10.当b =1
4时,a n +1-a n =(a n ?1
2)2,故当a 1=a =1
2时,a 10=1
2
,所以
a 10>10不成立.同理
b =-2和b =-4时,均存在小于10的数x 0,只需a 1=a =x 0,则a 10=x 0<10,故a 10>10不成立.
3.(2019·全国Ⅰ理,9)记S n 为等差数列{a n }的前n 项和.已知S 4=0,a 5=5,则( ) A .a n =2n -5 B .a n =3n -10 C .S n =2n 2-8n D .S n =1
2n 2-2n
答案 A
解析 设等差数列{a n }的公差为d ,
∵{S 4=0,
a 5=5,∴{4a 1+4×3
2d =0,
a 1+4d =5,
解得{a 1=?3,d =2, ∴a n =a 1+(n -1)d =-3+2(n -1)=2n -5, S n =na 1+
n (n?1)2
d =n 2-4n .故选A.
4.(2019·全国Ⅲ理,5)已知各项均为正数的等比数列{a n }的前4项和为15,且a 5=3a 3+4a 1,则a 3等于( )
A .16
B .8
C .4
D .2 答案 C
解析 设等比数列{a n }的公比为q ,由a 5=3a 3+4a 1得q 4=3q 2+4,得q 2=4,因为数列{a n }的各项均为正数,所以q =2,又a 1+a 2+a 3+a 4=a 1(1+q +q 2+q 3)=a 1(1+2+4+8)=15,所以a 1=1,所以a 3=a 1q 2=4. 二、填空题
1.(2019·全国Ⅰ文,14)记S n 为等比数列{a n }的前n 项和,若a 1=1,S 3=3
4,则S 4=________.
答案 5
8
解析 设等比数列的公比为q , 则a n =a 1q n -
1=q n -
1. ∵a 1=1,S 3=3
4,
∴a 1+a 2+a 3=1+q +q 2=3
4, 即4q 2+4q +1=0,∴q =-1
2,
∴S 4=
1×[1?(?12)4
]
1?(?1
2
)
=5
8
.
2.(2019·全国Ⅲ文,14)记S n 为等差数列{a n }的前n 项和.若a 3=5,a 7=13,则S 10=________. 答案 100
解析 ∵{a n }为等差数列,a 3=5,a 7=13, ∴公差d =
a 7?a 37?3
=
13?54
=2,
首项a 1=a 3-2d =5-2×2=1, ∴S 10=10a 1+
10×92
d =100.
3.(2019·江苏,8)已知数列{a n }(n ∈N *)是等差数列,S n 是其前n 项和.若a 2a 5+a 8=0,S 9=27,则S 8的值是________. 答案 16
解析 方法一 设等差数列{a n }的公差为d ,则a 2a 5+a 8=(a 1+d )(a 1+4d )+a 1+7d =a 12+4d 2
+5a 1d +a 1+7d =0,S 9=9a 1+36d =27,解得a 1=-5,d =2,则S 8=8a 1+28d =-40+56=16.
方法二 ∵S 9=a 1+a 9
2
×9=27,
∴a 1+a 9=6, ∴a 2+a 8=2a 5=6, ∴a 5=3,
则a 2a 5+a 8=3a 2+a 8=0, 即2a 2+6=0, ∴a 2=-3,则a 8=9,
∴其公差d =a 8?a 58?5
=2,
∴a 1=-5,
∴S 8=8×a 1+a
82=16.
4.(2019·全国Ⅰ理,14)记S n 为等比数列{a n }的前n 项和.若a 1=1
3,a 42
=a 6,则S 5=________.
答案
1213
解析 设等比数列{a n }的公比为q ,因为a 42=a 6,所以(a 1q 3)2=a 1q 5,所以a 1q =1,又a 1=13
,
所以q =3,所以S 5=
a 1(1?q 5)1?q
=
1
3
×(1?35)1?3
=
1213
.
5.(2019·全国Ⅲ理,14)记S n 为等差数列{a n }的前n 项和.若a 1≠0,a 2=3a 1,则s 10s 5
=________.
答案 4
解析 设等差数列{a n }的公差为d ,由a 2=3a 1, 即a 1+d =3a 1,得d =2a 1,所以s 10s 5
=
10a1+
10×9
2d 5a1+5×42
d
=
10a1+
10×9
2×2a15a1+5×4
2
×2a1
=100
25=4.
6.(2019·北京理,10)设等差数列{}n a 的前n 项和为n S ,若23a =-,510S =-,则5a = ,n S 的最小值为 .
【思路分析】利用等差数列{}n a 的前n 项和公式、通项公式列出方程组,能求出14a =-,1d =,由此能求出5a 的n S 的最小值.
【解析】:设等差数列{}n a 的前n 项和为n S ,23a =-,510S =-,
∴11354
5102a d a d +=-????+=-??,解得14a =-,1d =,5144410a a d ∴=+=-+?=, 21(1)(1)1981
4()22228
n n n n n S na d n n --=+
=-+=--, 4n ∴=或5n =时,n S 取最小值为4510S S ==-.故答案为:0,10-.
【归纳与总结】本题考查等差数列的第5项的求法,考查等差数列的前n 项和的最小值的求法,考查等差数列的性质等基础知识,考查推理能力与计算能力,属于基础题. 三、解答题
1.(2019·全国Ⅰ文,18)记S n 为等差数列{a n }的前n 项和.已知S 9=-a 5. (1)若a 3=4,求{a n }的通项公式;
(2)若a 1>0,求使得S n ≥a n 的n 的取值范围. 解 (1)设{a n }的公差为d . 由S 9=-a 5,即9a 5=-a 5,
所以a5=0,得a1+4d=0.
由a3=4得a1+2d=4.
于是a1=8,d=-2.
因此{a n}的通项公式为a n=10-2n,n∈N*.
(2)由(1)得a1=-4d,故a n=(n-5)d,
.
S n=n(n?9)d
2
由a1>0知d<0,
≥(n-5)d,化简得
故S n≥a n等价于n(n?9)d
2
n2-11n+10≤0,
解得1≤n≤10,
所以n的取值范围是{n|1≤n≤10,n∈N*}.
2.(2019·全国Ⅱ文,18)已知{a n}是各项均为正数的等比数列,a1=2,a3=2a2+16.
(1)求{a n}的通项公式;
(2)设b n=log2a n,求数列{b n}的前n项和.
解(1)设{a n}的公比为q,
由题设得2q2=4q+16,即q2-2q-8=0,
解得q=-2(舍去)或q=4.
因此{a n}的通项公式为a n=2×4n-1=22n-1.
(2)由(1)得b n=log222n-1=(2n-1)log22=2n-1,
因此数列{b n}的前n项和为1+3+…+2n-1=n2.
3.(2019·北京文,16)设{a n}是等差数列,a1=-10,且a2+10,a3+8,a4+6成等比数列.
(1)求{a n}的通项公式;
(2)记{a n}的前n项和为S n,求S n的最小值.
解(1)设{a n}的公差为d.
因为a1=-10,
所以a2=-10+d,a3=-10+2d,a4=-10+3d.
因为a2+10,a3+8,a4+6成等比数列,
所以(a3+8)2=(a2+10)(a4+6).
即(-2+2d)2=d(-4+3d).
解得d=2.
所以a n=a1+(n-1)d=2n-12.
(2)由(1)知,a n=2n-12.
则当n≥7时,a n>0;
当n≤6时,a n≤0.
所以S n 的最小值为S 5=S 6=-30.
4.(2019·天津文,18)设{a n }是等差数列,{b n }是等比数列,公比大于0.已知a 1=b 1=3,b 2=a 3,b 3=4a 2+3.
(1)求{a n }和{b n }的通项公式; (2)设数列{c n }满足c n ={
1,n 为奇数,
b n 2
,n 为偶数.
求a 1c 1+a 2c 2+…+a 2n c 2n (n ∈N *).
解 (1)设等差数列{a n }的公差为d ,等比数列{b n }的公比为q ,q >0. 依题意,得{3q =3+2d ,3q 2
=15+4d ,解得{d =3,
q =3,
故a n =3+3(n -1)=3n ,b n =3×3n -
1=3n .
所以{a n }的通项公式为a n =3n ,{b n }的通项公式为b n =3n . (2)a 1c 1+a 2c 2+…+a 2n c 2n
=(a 1+a 3+a 5+…+a 2n -1)+(a 2b 1+a 4b 2+a 6b 3+…+a 2n b n ) =[n ×3+
n(n?1)2
×6]+(6×31+12×32+18×33+…+6n ×3n )
=3n 2+6(1×31+2×32+…+n ×3n ). 记T n =1×31+2×32+…+n ×3n ,① 则3T n =1×32+2×33+…+n ×3n +
1,② ②-①得,2T n =-3-32-33-…-3n +n ×3n +
1 =-
3(1?3n )1?3
+n ×3
n +1
=
(2n?1)3n+1+3
2
.
所以a 1c 1+a 2c 2+…+a 2n c 2n =3n 2+6T n =3n 2+3×(2n?1)3n+1+3
2
=
3(n?1)3n+2+6n 2+9
2
(n ∈N *).
5.(2019·浙江,20)设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,a 3=4,a 4=S 3.数列{b n }满足:对每个n ∈N *,S n +b n ,S n +1+b n ,S n +2+b n 成等比数列. (1)求数列{a n },{b n }的通项公式; (2)记c n =√
n 2b n
,n ∈N *,证明:c 1+c 2+…+c n <2√n ,n ∈N *.
(1)解 设数列{a n }的公差为d ,由题意得 a 1+2d =4,a 1+3d =3a 1+3d , 解得a 1=0,d =2. 从而a n =2n -2,n ∈N *. 所以S n =n 2-n ,n ∈N *.
由S n +b n ,S n +1+b n ,S n +2+b n 成等比数列得
(S n +1+b n )2=(S n +b n )(S n +2+b n ).
解得b n =1
a (S n+12
-S n S n +2).
所以b n =n 2+n ,n ∈N *.
(2)证明 c n =√a n 2b n
=√2n?22n(n+1)=√n?1
n(n+1),n ∈N *.
我们用数学归纳法证明.
①当n =1时,c 1=0<2,不等式成立; ②假设n =k (k ∈N *,k ≥1)时不等式成立,即 c 1+c 2+…+c k <2√k . 那么,当n =k +1时,
c 1+c 2+…+c k +c k +1<2√k +√k
(k+1)(k+2)<2√k +√1
k+1<2√k +k+1+k
=2√k +2(√k +1-
√k )=2√k +1.
即当n =k +1时不等式也成立.
根据①和②,不等式c 1+c 2+…+c n <2√n 对任意n ∈N *成立.
6.(2019·江苏,20)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=1,1
S n
=2
b n -
2b n+1
,其中S n 为数列{b n }的前n 项和.
①求数列{b n }的通项公式;
②设m 为正整数.若存在“M -数列”{c n }(n ∈N *),对任意正整数k ,当k ≤m 时,都有c k ≤b k ≤c k
+1
成立,求m 的最大值.
(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 12q 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)解 ①因为1S n
=2b n
-2b
n+1
,所以b n ≠0.
由b 1=1,S 1=b 1,得1
1
=21
-2b 2
,则b 2=2.
由2S n
=2b n
-2
b
n+1
,得S n =b n
b n+1
2(b n+1?b n )
,
当n ≥2时,由b n =S n -S n -1, 得b n =b n
b n+1
2(b n+1?b n
)-b n?1b
n
2(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 *). ②由①知,b k =k ,k ∈N *.
因为数列{c n }为“M -数列”,设公比为q ,所以c 1=1,q >0. 因为c k ≤b k ≤c k +1,所以q k -
1≤k ≤q k ,其中k =1,2,3,…,m . 当k =1时,有q ≥1; 当k =2,3,…,m 时,有lnk k
≤ln q ≤lnk
k?1.
设f (x )=
lnx x
(x >1),则f ′(x )=1?lnx x 2
(x >1).
令f ′(x )=0,得x =e ,列表如下:
因为
ln22
=
ln86
<
ln96
=
ln33
,所以f (k )max =f (3)=
ln33
.
取q =√33
,当k =1,2,3,4,5时,lnk k
≤ln q ,即k ≤q k ,经检验知q k -
1≤k 也成立.
因此所求m 的最大值不小于5.
若m ≥6,分别取k =3,6,得3≤q 3,且q 5≤6,从而q 15≥243,且q 15≤216,所以q 不存在.因此所求m 的最大值小于6. 综上,所求m 的最大值为5.
7.(2019·全国Ⅱ理,19)已知数列{a n }和{b n }满足a 1=1,b 1=0,4a n +1=3a n -b n +4,4b n +1=3b n -a n -4.
(1)证明:{a n +b n }是等比数列,{a n -b n }是等差数列; (2)求{a n }和{b n }的通项公式.
(1)证明 由题设得4(a n +1+b n +1)=2(a n +b n ), 即a n +1+b n +1=1
2(a n +b n ).
又因为a 1+b 1=1,所以{a n +b n }是首项为1,公比为1
2
的等比数列.
由题设得4(a n +1-b n +1)=4(a n -b n )+8,即a n +1-b n +1=a n -b n +2. 又因为a 1-b 1=1,所以{a n -b n }是首项为1,公差为2的等差数列. (2)解 由(1)知,a n +b n =
12n?1,
,a n -b n =2n -1.
所以a n =12
[(a n +b n )+(a n -b n )]=1
2
n +n -12
, b n =1
2[(a n +b n )-(a n -b n )]=1
2n -n +1
2.
8.(2019·北京理,20)(13分)已知数列{}n a ,从中选取第1i 项、第2i 项、?、第m i 项12()m i i i <<,若12m i i i a a a <<,则称新数列1i a ,2i a ,?,m i a 为{}n a 的长度为m 的
递增子列.规定:数列{}n a 的任意一项都是{}n a 的长度为1的递增子列. (Ⅰ)写出数列1,8,3,7,5,6,9的一个长度为4的递增子列;
(Ⅱ)已知数列{}n a 的长度为p 的递增子列的末项的最小值为0m a ,长度为q 的递增子列的末项的最小值为0n a .若p q <,求证:00m n a a <;
(Ⅲ)设无穷数列{}n a 的各项均为正整数,且任意两项均不相等.若{}n a 的长度为s 的递增子列末项的最小值为21s -,且长度为s 末项为21s -的递增子列恰有12s -个(1s =,2,)?,求数列{}n a 的通项公式.
【思路分析】()1I ,3,5,6.答案不唯一.
()II 考虑长度为q 的递增子列的前p 项可以组成长度为p 的一个递增子列,可得0n a >该数列的第p 项0m a …
,即可证明结论. ()III 考虑21s -与2s 这一组数在数列中的位置.若{}n a 中有2s ,在2s 在21s -之后,则必
然在长度为1s +,且末项为2s 的递增子列,这与长度为s 的递增子列末项的最小值为21s -矛盾,可得2s 必在21s -之前.继续考虑末项为21s +的长度为1s +的递增子列.因此对于数列21n -,2n ,由于2n 在21n -之前,可得研究递增子列时,不可同时取2n 与21n -,即可得出:递增子列最多有2s 个.由题意,这s 组数列对全部存在于原数列中,并且全在21s +之前.可得2,1,4,3,6,5,??,是唯一构造. 【解析】:()1I ,3,5,6.
()II 证明:考虑长度为q 的递增子列的前p 项可以组成长度为p 的一个递增子列, ∴0n a >该数列的第p 项0m a …
, ∴00m n a a <.
()III 解:考虑21s -与2s 这一组数在数列中的位置.
若{}n a 中有2s ,在2s 在21s -之后,则必然在长度为1s +,且末项为2s 的递增子列, 这与长度为s 的递增子列末项的最小值为21s -矛盾,2s ∴必在21s -之前. 继续考虑末项为21s +的长度为1s +的递增子列.
Q 对于数列21n -,2n ,
由于2n 在21n -之前,∴研究递增子列时,不可同时取2n 与21n -, Q 对于1至2s 的所有整数,研究长度为1s +的递增子列时,第1项是1与2二选1,第2
项是3与4二选1,??,第s 项是21s -与2s 二选1,
故递增子列最多有2s 个.由题意,这s 组数列对全部存在于原数列中,并且全在21s +之前.
2∴,1,4,3,6,5,?
?,是唯一构造. 即221k a k =-,212k a k -=,*k N ∈.
【归纳与总结】本题考查了数列递推关系、数列的单调性,考查了逻辑推理能力、分析问题
与解决问题的能力,属于难题.
9.(2019·天津理,19)设{a n }是等差数列,{b n }是等比数列.已知a 1=4,b 1=6,b 2=2a 2-2,b 3=2a 3+4.
(1)求{a n }和{b n }的通项公式;
(2)设数列{c n }满足c 1=1,c n ={1,2k b k ,n =2k ,其中k ∈N *. (ⅰ)求数列{a 2n (c 2n -1)}的通项公式; (ⅱ)求(n ∈N *). 解 (1)设等差数列{a n }的公差为d ,等比数列{b n }的公比为q . 依题意得{ 6q =6+2d , 6q 2 =12+4d ,解得{d =3,q =2, 所以a n =a 1+(n -1)d =4+(n -1)×3=3n +1, b n =b 1·q n - 1=6×2n - 1=3×2n . 所以{a n }的通项公式为a n =3n +1,{b n }的通项公式为b n =3×2n . (2)(ⅰ)a 2n (c 2n -1)=a 2n (b n -1)=(3×2n +1)(3×2n -1)=9×4n -1. 所以数列{a 2n (c 2n -1)}的通项公式为a 2n (c 2n -1)=9×4n -1. (ⅱ)a i c i =[a i +a i (c i -1)] = a i + a 2i (c 2i -1) =[2n ×4+ 2n (2n ?1) 2 ×3]+ (9×4i -1) =(3×22n - 1+5×2n - 1)+9× 4(1?4n ) 1?4 -n =27×22n - 1+5×2n - 1-n -12(n ∈N *).