数列典型例题讲解

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2023高考数学----等差等比数列的交汇问题规律方法与典型例题讲解

2023高考数学----等差等比数列的交汇问题规律方法与典型例题讲解【规律方法】在解决等差、等比数列综合问题时，要充分利用基本公式、性质以及它们之间的转化关系，在求解过程中要树立“目标意识”，“需要什么，就求什么”，并适时地采用“巧用性质，整体考虑”的方法．可以达到减少运算量的目的．【典型例题】例1．（2022·河南·一模（理））已知等比数列{}n a 的前n 项和为n S ，()121n n a S n *+=+∈N ．(1)求数列{}n a 的通项公式；(2)在n a 和1n a +之间插入n 个数，使这2n +个数组成一个公差为n d 的等差数列，在数列{}n d 中是否存在3项,,m k p d d d （其中,,m k p 是公差不为0的等差数列）成等比数列？若存在，求出这3项；若不存在，请说明理由．【解析】（1）当2n ≥时，由121n n a S +=+得：121n n a S −=+，11222n n n n n a a S S a +−∴−=−=，则13n n a a +=，{}n a 为等比数列，∴等比数列{}n a 的公比为3；当1n =时，2112121a S a =+=+，11321a a ∴=+，解得：11a =，()13n n a n −*∴=∈N（2）假设存在满足题意的3项，由（1）得：13nn a +=，又()11n n n a a n d +=++，1113323111n n n n n n a a d n n n −−+−−⋅∴===+++； ,,m k p d d d 成等比数列，2km p d d d ∴=⋅，即()()()2211224323234311111k m p m p m p m p k −−−+−⋅⋅⋅⋅=⋅=+++++， ,,m k p 成等差数列，2k m p ∴=+，()()()2224343111m p m p m p k +−+−⋅⋅∴=+++，()()()2111121k m p mp m p mp k ∴+=++=+++=++，整理可得：2k mp =，又222m p k +⎛⎫= ⎪⎝⎭，222224m p m mp p mp +++⎛⎫∴== ⎪⎝⎭，即()20m p −=，解得：m p =，则m p k ==，与已知中,,m k p 是公差不为0的等差数列相矛盾，∴假设错误，即不存在满足题意的3项.例2．（2022·全国·高三专题练习）已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，()12,2(1)N n n a n a n S n *=⋅=+⋅∈． (1)求数列{}n a 的通项公式；(2)判断数列231⎧⎫−⎨⎬+⎩⎭n n a n 中是否存在成等差数列的三项，并证明你的结论．【解析】（1）N n *∈，2(1)n n n a n S ⋅=+⋅，则当2n ≥时，()12(1)−⋅−=+⋅n n n n S S n S ，即121−=⋅−n n S Sn n ，而121S =，因此，数列{}n S n 是公比为2的等比数列，则11221n n n S S n −=⋅=，即2n n S n =⋅，所以1(1)(1)22−+⋅==+⋅n nn n S a n n. （2）记231=−+nn n b a n ，由（1）知，123(1)2321−=−⋅+=−+n n n n n b n n ，不妨假设存在,,()<<m n p b b b m n p 三项成等差数列，则()2323232−=−+−n n m m p p ，因为(),,N m n p m n p *<<∈，所以1+≤n p ，令()()32N nnf n n *=−∈，则3()212⎡⎤⎛⎫=−⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦n nf n ，于是有()f n 对N n *∈是递增的，则()(1)≥+f p f n ，即113232++−≥−p p n n ，因此()1123232323232++−=−+−≥−+−n n m m p p m m n n ，即332n m m −≥−，其左边为负数，右边为正数，矛盾，所以数列231⎧⎫−⎨⎬+⎩⎭n n a n 中不存在成等差数列的三项．例3．（2022·福建省福州华侨中学高三阶段练习）已知在正项等比数列{}n a 中13213,,22a a a 成等差数列，则2022202120202019a a a a +=+__________．【答案】9【解析】设正项等比数列{}n a 的公比为q ，则0q >，因为13213,,22a a a 成等差数列，所以31212322a a a ⨯=+，即211132a q a a q =+，又10a >，2230q q ∴−−=所以3q =或1q =−（不符合题意，舍去）.所以20212020322202220211120192018202020191191a a a q a q q q q a a a q a q q ++===+=+++，故答案为：9.例4．（2022·湖北·高三期中）已知{}n a 是等差数列，{}n b 是等比数列，n S 是数列{}n a 的前n 项和，1111S =，573b b =，则6326log a b =______．【答案】−1【解析】因为{}n a 是等差数列，且n S 是数列{}n a 的前n 项和，所以()1111161111112a a S a +===，解得61a =，因为{}n b 是等比数列，所以25763b b b ==，则633261log log 13a b ==−. 故答案为：1−.例5．（2022·河南省淮阳中学模拟预测（理））已知等差数列{}n a 的前n 项利为n S ，若9S ，5a ，1成等比数列，且20400S ≥，则{}n a 的公差d 的取值范围为______．【答案】[)2,+∞【解析】因为9S ，5a ，1成等比数列，所以()192595992a a a S a +===，所以59a =，即149a d +=，即194a d =−．由20400S ≥，得()1201902094190400a d d d +=⨯−+≥，解得2d ≥，即{}n a 的公差d 的取值范围为[)2,+∞．故答案为：[)2,+∞．例6．（2022·上海·华东师范大学第一附属中学高三阶段练习）已知等差数列{}n a 的公差d 不为零，等比数列{}n b 的公比q 是小于1的正有理数．若1a d =，21b d =，且222123123a a ab b b ++++是正整数，则q 的值可以是______．【答案】12【解析】由题意知：{}n a 是首项为d ，公差为d ，且0d ≠的等差数列，{}n b 是首项为2d ，公比为q ，且01q <<的等比数列，∴()()()2222222123222222212323141411d d d a a a d b b b d d q d q q q d q q ++++===++++++++，要使222123123a a ab b b ++++为正整数，即2141q q ++为正整数，∵01q <<，201q <<，∴2113q q <++<，设2141q q n ++=，()0n >，即1413n <<，即14143n <<，又∵21414141n q q n==++，∴n 为正整数，则满足范围的n 的值有：5，6，7，8，9，10，11，12，13，又221314124q q q n ⎛⎫++=++= ⎪⎝⎭，即111222q =−=−=−又由题意知：01q <<，且为有理数，∴12q =−8n =时，满足题意，此时：111112222q =−−−+=.故答案为：12.例7．（2022·贵州·顶效开发区顶兴学校高三期中（理））对于集合A ，B ，定义集合{|}A B x x A x B −=∈∉且. 己知等差数列{}n a 和正项等比数列{}n b 满足14a =，12b =，212n n n b b b ++=+，332a b =+．设数列{}n a 和{}n b 中的所有项分别构成集合A ，B ，将集合A B −的所有元素按从小到大依次排列构成一个新数列{}n c ，则数列{}n c 的前30项和30S =_________. 【答案】1632【解析】{}n b 为正项等比数列，则2221222n n n n n n b b b b q b q b q q ++=+⇒=+⇒=+，解得2q =或1q =−（舍），∴1122n nn b b −==；{}n a 为等差数列，则331222a a d =+=+，∴3d =，∴()41331n a n n =+−⋅=+.由231,*nn m b a m n m =⇒=+∈N 、，可得当2468n =、、、时，152185m =、、、，故数列{}n c 的前30项包含数列{}n a 前33项除去数列{}n b 第2、4、6项，()3043331334166416322S +⨯+⨯=−−−=.故答案为：1632例8．（2022·全国·模拟预测（文））设数列{}n a ，{}n b 满足2n n a =，38n b n =−，则它们的公共项由小到大排列后组成新数列{}n c ．在k c 和()1N*k c k +∈中插入k 个数构成一个新数列{}n e ：1c ，1，2c ，3，5，3c ，7，9，11，4c ，…，插入的所有数构成首项为1，公差为2的等差数列，则数列{}n e 的前20项和20T =______．【答案】1589【解析】2nn a =，∴数列{}n a 是以2首项，公比为2的等比数列，12a ∴=，24a =，38a =，416a =，因为38n b n =−，所以15b =−，22b =−，31b =，44b = 知1a 显然不是数列{}n b 中的项．424a b ==，2a ∴是数列{}n b 中的第4项，设2kk a =是数列{}n b 中的第m 项，则238(k m k =−、*N )m ∈．112222(38)616k k k a m m ++==⨯=−=−， 1k a +∴不是数列{}n b 中的项．222424(38)3(48)8k k k a m m ++==⨯=−=−−，2k a +∴是数列{}n b 中的项．21c a ∴=，42c a =，63c a =，⋯，2n n c a =，∴数列{}n c 的通项公式是224n n n c ==．因为12345520+++++=，所以{}n e 的前20项包括n c 的前5项，以及21n −的前15项，所以 1234520444441329T =++++++++()()5414129151589142−+⨯=+=−故答案为：1589.。

高二数学数列的经典例题

高二数学数列的经典例题
例题一：等差数列的通项公式
已知等差数列{an} 的首项a1 = 1，公差 d = 2，求第n 项的通项公式。

解：根据等差数列的通项公式，我们有：
an = a1 + (n - 1)d
将已知条件代入公式，得：
an = 1 + (n - 1) * 2
化简得：
an = 2n - 1
例题二：等比数列的求和公式
已知等比数列{bn} 的首项b1 = 2，公比q = 3，求前n 项和Sn。

解：根据等比数列的求和公式，我们有：
Sn = b1 * (1 - q^n) / (1 - q)
将已知条件代入公式，得：
Sn = 2 * (1 - 3^n) / (1 - 3)
化简得：
Sn = (3^n - 1)
例题三：数列的综合应用
已知数列{cn} 满足c1 = 1，且对任意的n ∈ N*，都有cn+1 = 2cn + 1，求数列{cn + 1} 的前n 项和Tn。

解：首先，我们将给定的递推关系式进行变形：
cn+1 + 1 = 2(cn + 1)
这说明数列{cn + 1} 是一个等比数列，其首项为c1 + 1 = 2，公比为2。

然后，我们利用等比数列的求和公式来求{cn + 1} 的前n 项和Tn：
Tn = (c1 + 1) * (1 - 2^n) / (1 - 2)
代入已知条件，得：
Tn = 2 * (2^n - 1)
化简得：
Tn = 2^(n+1) - 2。

高等数学数列极限收敛60道典型例题分步骤详解

高等数学数列极限收敛60道典型例题分步骤详解数列收敛，换言之就是数列极限存在，此类问题历来都是高数考试的重点和难点，也是倍受命题老师青睐的“宠儿”。

数列收敛题型大致可分为两大类：第一类，数列的一般项（也称“通项”）已知；第二类，数列的一般项（通项）未知，尤其是由递推公式60道数列收敛典型例题，每道题都给出了详细的解题步骤。

网友们请注意，本文60个例题中如果用方括号标明年份的，均为当年考研真题。

第一类数列的一般项（通项）已知1.【2008真题】设解：原式. 具体求解过程如下（运用“两边夹”定理）：2.✧解法（一）原式✧解法（二）原式=3.✧解法（一）分子有理化（分母视为“1”）原式✧解法（二）利用等价无穷小替换原式【注：】4.✧解法（一）✧解法（二）原式【注：, 】5.解：本题求极限，推荐“两边夹定理”。

解题过程如下：令显然可知，当因此，根据“两边夹定理”得到6.解：本题求极限推荐“两边夹定理”.令7.解原式=8.解原式=】9.解法（一）利用公式原式】==１✧．原式=】==１10.解：原式。

正确的解法如下：原式==【注：】==11.✧解法（一）利用等价无穷小替换原式=】==✧解法（二）利用中值定理，注意求导公式原式【注：】=12.【2002真题】，✧解法（一）利用等无穷小替换✧原式===✧解法（二）利用“两边夹定理”，【注意：】原式=13.✧原式=【注：】=✧解法（二）利用等价无穷小替换原式=】14.解：此数列求极限推荐等价无穷小替换。

解法如下：原式==】=】15.✧解法（一）利用等价无穷小替换原式【注：】=【注：归结原则】✧【注：】16.解：本题求极限，“两边夹”定理、单调有界准则、定积分定义等方法似乎均不太“给力”，需将变量连续化，也就是将离散变量n替换为连续变量x，再运用包括洛必达法则在内的求解函数极限的方法.详细过程如下：17.✧解法（一）利用导数定义原式===【注：的指数部分，正是按定义所求的函数在处的导数.】【】=✧解法（二）拉格郎日中值定理，注意求导公式原式=====【注：=【注：本题推荐中值定理。

数列知识点总结及例题讲解

人教版数学必修五第二章数列重难点解析第二章课文目录2.1 数列的概念与简单表示法2.2 等差数列2.3 等差数列的前n项和2.4 等比数列2.5 等比数列前n项和【重点】1、数列及其有关概念，通项公式及其应用。

2、根据数列的递推公式写出数列的前几项。

3、等差数列的概念，等差数列的通项公式；等差数列的定义、通项公式、性质的理解与应用。

4、等差数列n项和公式的理解、推导及应用，熟练掌握等差数列的求和公式。

5、等比数列的定义及通项公式，等比中项的理解与应用。

6、等比数列的前n项和公式推导，进一步熟练掌握等比数列的通项公式和前n项和公式【难点】1、根据数列的前n项观察、归纳数列的一个通项公式。

2、理解递推公式与通项公式的关系。

3、等差数列的性质，灵活应用等差数列的定义及性质解决一些相关问题。

4、灵活应用等差数列前n项公式解决一些简单的有关问题。

5、灵活应用求和公式解决问题，灵活应用定义式及通项公式解决相关问题。

6、灵活应用等比数列定义、通项公式、性质解决一些相关问题。

一、数列的概念与简单表示法1.数列的定义：按一定次序排列的一列数叫做数列.注意：(1)数列的数是按一定次序排列的，因此，如果组成两个数列的数相同而排列次序不同，那么它们就是不同的数列；(2)定义中并没有规定数列中的数必须不同，因此，同一个数在数列中可以重复出现.2.数列的项：数列中的每一个数都叫做这个数列的项.各项依次叫做这个数列的第1项(或首项),第2项，…,第n项，….3.数列的一般形式：aj,az,ag, …,an, …,或简记为{a},其中a。

是数列的第n项4.数列的通项公式：如果数列{a}的第n项a。

与n之间的关系可以用一个公式来表示，那么这个公式就叫做这个数列的通项公式.注意： (1)并不是所有数列都能写出其通项公式，如上述数列④;(2)一个数列的通项公式有时是不唯一的，如数列：1,0,1,0,1,0, …它的通项公式可以是,也可以是； 1.(3)数列通项公式的作用：①求数列中任意一项；②检验某数是否是该数列中的一项.数列的通项公式具有双重身份，它表示了数列的第召项，又是这个数列中所有各项的一般表示.通项公式反映了一个数列项与项数的函数关系，给了数列的通项公式，这个数列便确定了，代入项数就可求出数列的每一项.5.数列与函数的关系：数列可以看成以正整数集N(或它的有限子集{1,2,3,…,n})为定义域的函数an= f(n),当自变量从小到大依次取值时对应的一列函数值。

数列裂项相消典型例题

一个典型的数列裂项相消的例题如下：
例题：考虑数列{1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ...}，其中每一项等于前两项的和。

给定一个正整数N，计算数列的前N项之和。

解题思路：
这个数列是著名的斐波那契数列，它的定义是F(1) = 1，F(2) = 1，F(n) = F(n-1) + F(n-2)（n >= 3）。

我们可以使用裂项相消的方法来解决这个问题。

首先，我们可以设S为数列的前N项和。

那么S的表达式可以写为：
S = 1 + 1 + 2 + 3 + 5 + 8 + ... + F(N-1) + F(N)
然后，我们观察数列中每一项与它前一项的关系，即F(n) = F(n-1) + F(n-2)。

根据这个关系，我们可以发现S的表达式中的一些项可以相互抵消，通过相消的方式简化求解过程。

具体来说，我们可以将S的表达式中的项分为两组，一组是从F(1)到F(N-2)的项，另一组是F(N-1)和F(N)。

对于第一组，我们可以看到F(n)等于它的前两项之和，所以这些项可以两两抵消。

因此，我们可以得到：
S = F(N-1) + F(N)
对于第二组，我们可以看到F(N)等于F(N-1)和F(N-2)的和，所以这两项仍然保留在S中。

综合上述分析，我们可以得到以下简化后的表达式：
S = F(N) + F(N-1)
因此，这个问题的答案就是数列中第N项和第N-1项的和，即F(N) + F(N-1)。

我们可以通过计算斐波那契数列的第N项和第N-1项的值，然后求和来得到最终的答案。

希望这个解题思路能够帮助到你解决数列裂项相消的典型例题！。

等比数列例题解析

等比数列・例题解析【例1】巳知Sn是敌列｛%｝的前n顶和，S n=p n(p€R>n€N*),那么数列｛%｝•[]A.是等比数列B.当pHO时是等比数列C.当pHO, pH 1时是等比数列D・不是等比数列分析由S n=p n(nGN*),有a]=S]=p,而且当n>2时，a n=s n_s n-l=P n_P n4 =(P_1)P n'!(p_l)pz _p(p_l)(p-2)p" 一p 但知足此条件的实数p是不存在的，故本题应选D・说明数列｛%｝成等比数列的必要条件是a n^O(neN*),还要注意对任nWN*, n$2,上「都为同一常数是其定义规定的准确含义. a n-l【例2】已知等比数列1, xp X2，…，x2n> 2,求Xj • x2• x3 ..................... x2n.解VI, X], X2，…，X2n，2成等比数列,公比q.•.2=1 ・ q2n+1X1X2X3…X2n=q • q? • q3…q2n=ql+2+3+・・・+2n211( l+2n)=q —5一= q n(2nn.l)【例3】等比数列｛a.｝中，(1)已知a2 =4, a5 = -p 求通项公式；(2)已知a3 •殂• a5=&求82旳£与5%的值.解(i)“5 ujq…二——(2) Va3• a5=a4 a3• a4• 5=“： =8故 3 = (p—1)P，因此数列｛a“｝成等比数列o p—1H0又a2a6=a3a5=a4/.a7a3a4a5a6二a]二32【例4】已知a>0, b>0且aHb,在a, b之间插入n个正数X], x?，…,x n,使得a, xp X2,…，Xjp b成等比数列,求证明设这n+2个数所成数列的公比为q,则b=aq n+1【例5】设a、b. c、d成等比数列，求证：(b—c)2+(c—a)2+(d—b)2=(a —d)® 证法一Ta、b、c、d成等比数列■ ■ — -"bed/.b-=ac, c2=bd, ad=bc•••左侧=b2-2bc+c2+c2-2ac+a2+d2-2bd4-b2=2(b?—ac)+2("—bd)+(a?—2bc+d?)=a?—2ad+d2=(a—d)?=右边证毕.证法二Va. b. c、d成等比数列，设其公比为q,则:b=aq, c=aqh d=aq=/.左侧=(aq—aq2 )2+(aq2—a)?+(aq?—aq)2=a?-2a2q3+a?q6a 7=(a—aq»)乙=(a—d)2=右边说明这是一个等比数列与代数式的恒等变形相综合的题目.证法一是抓住了求证式中右边没有b、c的特点，走的是利用等比的条件消去左侧式中的b、c的路子.证法二则是把a、b、c、d统一化成等比数列的大体元素a、q去解决的•证法二略微麻烦些，但它所用的统一成大体元素的方式，却较证法一的方式具有普遍性.【例6】求数列的通项公式：(Dian)中，a[=2, axi=3an+2(2){a n)中，a〔=2, a2=5,且a n+2-3a n+1+2a n=0思路：转化为等比数列.解(!)a n+l =3a n+2=>a n+j-|-l = 3(a n4-l)A{a n+1}是等比数列.'.an+ 1=3 ・ 3n_1・\a n=3n-l(2)a n+2_3a n+l+2a n = 0 => a n+2 -Q n+1 = 2(a n+l _a n).\{a n+1-a n)是等比数列，即a n+l-a n=(a2-a l)* 2n_1=3 • 2n_1再注意到a2—a)=3, aj—a2=3 ・ 2〔, 84—83=3 ・2、…，a n—a n_j=3 ・ 2n"^»这些等式相加，即能够取得2”1 _ ]a n =3[l + 2 + 22H ---------- 2n2] = 3 ・)= 3(2n~'~1)说明解题的关键是发觉一个等比数列，即化生疏为已知.(1)中发觉{a n+l}是等比数列，(2)中发觉{a n+i-a n}是等比数列，这也是通常说的化归思想的一种表现.【例7】若实数山、a?、as、都不为零，且满足(aj+a；)a^-2a2 (a!+a3)a4H-a^= 0求证：a P a2> a?成等比数列，且公比为证Va P a2x a3. a4均为不为零的实数:.(a； +a2)x"— 2a?(山+巧)x+a； +a\二0为实系数一元二次方程等式(a：+“；)aj—2a?(a〔+33)34+3；二0说明上述方程有实数根a, ••・上述方程的判别式AMO,即[―2a2(a1+a3)]2— 4(a[ +a；)(a；+a；)=_4(3；—3冷3)2 $0/. (a；—玄冋)? WO又Ta]、a?、a3为实数/. (a；—a,a3)2 20必有af —»冋 =OB 卩卅二"|门3 因此a P a 2. 33成等比数列“…2a 2(ai +a 3) a 2(ai +a 3) a 2乂 • J、 — =一2(a[ +a ；) a ；①/.a 4即为等比数列a 】.a 2, a 3的公比.【例8】若a 、b 、c 成等差数列，且a+1、b 、c 与a 、b 、c+2都成等比数列，求b 的值.解设花b 、c 别离为b-d. b. b+d,由已知b-d+l. b 、b+d 与b-d 、 b 、b+d+2都成等比数列，有[b 2 =(b-d+l)(b+d)① = (b —d)(b+d + 2)②整理，得•••b+d=2b—2d 即 b=3d代入①，得9d2=(3d-d+l)(3d+d) 9d 2=(2d+l ) • 4d解之，得d=4或d=0(舍)Ab=12【例9】已知等差数列｛卯｝的公差和等比数列｛bj 的公比都是d,又知dHl,.11, aqnbq ，a]0=b]o ：⑴求心与d 的值；(2)b 16是不是心胡中的项?思路：运用通项公式列方程=b~ —d~ +b + d =b 2 —d 2 + 2b —2d173,(1—d 3) = — 3dj](l —d ") = — 9d =>d 6+d 3-2 = 0=> dj = 1(舍)或d? = yf-2 •••a 】=—d = V2d = -V2⑵Vb 16=b! • dl5=_32b]且二 a i + 3d = -2^/2 = b 4 b 4 = bj • d 3 = —2b, = —2y[2 /.b| = H| = y[2 .•.b 16=-32b 1=-32a p 若是 b]6 是｛%｝中的第 k 项，则—32a 〔=a] +(k — 1 )d•： (k — 1 )d=—33a ] =33d••• k=34即b 16是｛a 【J 中的第34项.21【例10】设｛a“｝是等差数列，b n = (―)an ,已知b] +b 2+b 3 =—,2 8 b 1b 2b 3=|,求等差数列的通项.O解设等差数列｛g ｝的公差为d ，则a n=ai + m-l)d吩3=(护.(i)a '+2d =(I 严叫；li|b,b 2b 3 =-,解彳导b ；二秒，解得b 2 = ,代入已知条件o O 2 1 bgbs =—< 21整理得< S+b2+b3=§解那个方程组，得J = b 4"io = So% +3d 二 Qjd 5 a 】+9d = ajd 9b *b 3 = 4 b] +b 3 =+< n-i)d1〜 1b,=2,bs 飞或5 飞,b 3=2 .•.aj=— 11 d=2 或 a]=3, d=—2/. -P i a 〔=— 1 ♦ d=2 时i a n =aj +(n — 1 )d=2n —3当 a]=3, d=2 时,a n =aj +(n — l)d=5—2n【例11】三个数成等比数列.若第二个数加4就成等差数列，再把那个等差数列的第3项加32又成等比数列，求这三个数.解法一按等比数列设三个数，设原数列为a, aq, aq 2 由己知：a, aq+4, aq 2成等差数列BP ： 2(aq+4)=a+aq2a, aq+4, aq 2+32成等比数列 BP ： (aq+4)2=a(aq?+32) =>aq+2 = 4a2 a=9 q = —5・°•这三数为：2, 6, 18或g ，— — »解法二按等差数列设三个数，设原数列为b-d, 由已知：三个数成等比数列即：(b-4)2=(b-d)(b+d)=>8b —d~ = 16b-d, b, b+d+32成等比数列即 b 2=(b-d)(b+d+32)=> 32b —d 2 — 32d = 0・°・三数为6，—— » +■或2，6, 18.①，②两式联立解得：b-4, b+d①.②两式联立，解得：26 b =— 9 8 d = - 3b = 10 =8解法三任意设三个未知数，设原数列为ap a 2> a 3=16由已知:a p a 2, a 3成等比数列得：a ；二am①ap a?+4, 83成等差数列得：2(a2+4)=ai+a3ap a 2+4, g+32成等比数列得：(a2+4)2=a](a3+32)3)= 2 或h = 6=18等比数列的数设为a, aq, aq 2(或二a,aq)是一种常用技巧，可起到 q简化讣算进程的作用.【例12] 有四个数，其中前三个数成等差数列，后三个数成等比数列，而且第一个数与第四个数的和是16,第二个数与第三个数的和是12,求这四个数.分析本题有三种设未知数的方式方式一设前三个数为a-d, a, a+d,则第四个数由已知条方式二设后三个数为b, bq, bq 2,则第一个数由已知条件推得为2b-bq ・方式三设第一个数与第二个数别离为X, y,则第三、第四个数依次为12— y, 16—x.由这三种设法可利用余下的条件列方程组解出相关的未知数，从而解出所求的四个数，解法一设前三个数为a-d, a, a+d,则第四个数为乞刮匚.a_ (a + df依题意，有3aa+(a+d) = 12①.②、③式联立，解得:2 910 ~~9 50 V说明将三个成等差数列的数设为a-d, a,a+d ；将三个成件可推得:Q + d)2所求四个数为：0, 4, 8, 16或15, 9, 3, 1・解法二设后三个数为：b, bq, bq2,则第一个数为：2b-bq 2b —bq + bq 2 = 16 b + bq 二 12所求四个数为：0, 4, 8, 16或15, 9, 3, 1・解法三设四个数依次为x, y, 12-y, 16-x.x+(12—y) = 2y y • (16—x) = (12—y)x. = 0、 x ，= 15解方程组得：* ，或 2nlYi =4这四个数为0, 4, 8, 16或15, 9, 3, 1.【例13】已知三个数成等差数列，其和为126；另外三个数成等比数列，把两个数列的对应项依次相加，別离取得85, 76, 84.求这两个数列.解设成等差数列的三个数为b-d, b, b+d,由已知，b-d+b+b+d=126 Ab=42 这三个数可写成42-d, 42, 42+d.再设另三个数为a, aq, aq 2.由题设，得a+42-d = 85 < ap+42 = 76 aq 24-42+d=84a-d=43①整理，得'aq = 34②aq 2+d=42③解那个方程组，得aj=17 或玄2=68当 a=17 时,q=2, d=-26 当 a = 68 时，q = * , d = 25从而取得：成等比数列的三个数为17, 34, 68,现在成等差的三个数为6& 42, 16：或成等比的三个数为68, 34, 17,现在成等差的三个数为17, 42, 67. 数列，a 3x a 4.巧的倒数成等差数列，证明:a P a 3. a 5成等比数列. 证明由已知，有2a 2=a l +a3a 二 4解方程组得：二4或依题意有:解方程组得:b ，=2 或 Iqi =2b 、二 9依题意有【例14】已知在数列伽｝中,ai ，a 2. a 3成等差数列,a 2> a 3. 04成等比①aj = • a 4 2 11--- =—H -------a4 a3 a 5由③，得aq 二竺4a 3+a5由⑪得"2=—1代入②，得° a, +a 3 2a 3 • a 5■ zz ， ■ • ■ • -----2 a3 + a 5整理，得aJ (a Z )a3 +a 5即 a3（a3+a5）=a5（aj +a3）所以a H a 3. a 5成等比数列.【例 15] 已知(b - c)log m x+(c - a)log m y+(a - b)log m z=0 ・(1) 设a, b, c 依次成等差数列，且公差不为零，求证：x, y, z 成等比数列. (2) 设正数x, y, z 依次成等比数列，且公比不为1,求证：a, b, c 成等差数列・证明(l)Va, b, c 成等差数列，且公差dHO /. b —c=a 一 b=—d, c —a=2d代入已知条件，得：-d(log m x-21og m y4-log m z)=0Alog m x+log m z=21og m y /.)2=xz•・・x, y, z 均为正数 •••X, y, z 成等比数列⑵Tx, y, z 成等比数列且公比qHl •••y 二xq, z=xq2代入已知条件得：=a,a 5+a 3a 5(b-c )log m x+(c-a)log ni xq+(a—b)log m xq2=0 变形、整理得：(c+a—2b)log m q=0TqHl •'•logmqHO•：c+a—2b=0 即2b=a+c即a, b, c成等差数列。

数列的典型例题

数列的典型例题1、等差数列{}n a 中，前三项依次为x x x 1,65,11+，求：105?a = 解：由等差数列中项公式得：511261x x x ⋅=++，则：2x =. 首项为：11113a x ==+，公差为：15151621212d x x =-=-=；则数列通项为：1113(1)31212n n n a a n d -+=+-=+=. 故：1053105391212n a ++===.2、前100个自然数（1到100）中，除以7余2的所有数之和S 是？解：这些数构成的数列为：7(1)275n a n n =-+=-；在100之内，n 的最大数m 为：10075m =-，即15m =;这些数之和S 为：151(115)15(75)75157652k S n =+⨯⎡⎤=-=-⨯=⎢⎥⎣⎦∑3、在等差数列{}n a 中，前n 项和为n S . 若10a >，160S >，170S <，则n S 最大时，?n =解：等差数列通项为：1(1)n a a n d =+-，求和公式为：1(1)2n n n S na d -=+；则：16116151602S a d ⨯=+>，即：11502a d +>，170a d +>，即：80a >； 17117161702S a d ⨯=+<，即：180a d +<，即：90a <.故n S 最大时，8n =.4、数列{}n a 的通项公式n a =n 项和为9n S =，求：?n =解：通项：n a==则：119nn k S ====∑，于是：99n =5、等差数列{}n a ，其公差不为0，其中，2a 、3a 、6a 依次构成等比数列，求公比?q = 解：等差数列通项：1(1)n a a n d =+-，则：32a a d =+，624a a d =+，构成等比数列，则：2326a a a =，即：2222()(4)a d a a d +=+；即：222222224a a d d a a d ++=+.因为0d ≠，故：22d a =；所以：32222233a a d a q a a a +====.6、已知等差数列{}n a 的前n 项和n S ，且11a =,1133S =. 设14na nb ⎛⎫= ⎪⎝⎭，求证：{}n b 是等比数列，并求其前n 项和n T . 证明：通项：1(1)n a a n d =+-，求和公式：1(1)2n n n S na d -=+；则：11111011332S d ⨯=+=，即：115533d +=，故：25d =.于是：2231(1)55n n a n +=+-=；则：23514n n b +⎛⎫= ⎪⎝⎭，2(1)35114n n b +++⎛⎫= ⎪⎝⎭则：2(1)323255511144n n n n b b +++-+⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，故{}n b 是首项为114b =，公比为25114n n b q b +⎛⎫== ⎪⎝⎭,的等比数列，通项为：23514n n b +⎛⎫= ⎪⎝⎭.()()2n 5221n n 55n 12255111q 1444T b 1q 4144114-⎛⎫- ⎪--⎛⎫⎝⎭==⋅= ⎪-⎝⎭⎛⎫-- ⎪⎝⎭7、若x y ≠，且两个数列：12,,,x a a y 和123,,,,x b b b y 均为等差数列，求：13?a xy b -=- 解：设两个等差数列的公差分别为：1d 和2d ，则:113y x a x d --==,324y xy b d --==. 故：131()4313()4y x a x y b y x --==--8、已知正项数列{}n a 的前n 项和n S 满足：21056n nn S a a =++，且1a 、3a 、15a 成等比数列，求数列{}n a 的通项?n a =解：由已知：2+1+1+11056n n n S a a =++ ①21056n n n S a a =++ ②由①-②：2211110()5()n n n n n a a a a a +++=-+-移项合并：2211()5()0n n n n a a a a ++--+=，即：11()(5)0n n n n a a a a +++--=由于正项数列1()0n n a a ++>，所以：150n n a a +--=，即：15n n a a +-=；由此得到{}n a 是公差为5的等差数列.设：15(1)n a a n =+-，则：3110a a =+，15170a a =+；由1a 、3a 、15a 成等比数列得：23115a a a =，即：2111(10)(70)a a a +=+；即：2211112010070a a a a ++=+，故：12a =. 所以：25(1)53n a n n =+-=-9、已知数列{}n a 的前n 项和1(1)(2)3n S n n n =++,试求数列1n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和?n T =解：由已知：1111(1)(2)=(1)(24)=(1)(21)(1)3662n S n n n n n n n n n n n =++++++++及：211(1)(21)6nk k n n n ==++∑ 和：11(1)2n k k n n ==+∑得到上面求和公式可分成两部分，一个2n a n =求和，一个n a n =求和. 故：2(1)n a n n n n =+=+. 那么：1111(1)1n a n n n n ==-++；所以：1111()1111nn k nT k k n n ==-=-=+++∑.10、已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，其首项11a =，且满足3(2)n n S n a =+，求通项?n a = 解：由已知：3(2)n n S n a =+ ①113(1)n n S n a --=+ ②由①－②：13(2)(1)n n n a n a n a -=+-+ ；移项合并：1(1)(1)n n n a n a --=+，即：111n n n a a n -+=- 由此递推得：()1211112......1121211(1)(1)1122n n n kk n n n n n k a a a a n n n n n k n n n n n n a a k k --++++⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪-----⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭++=+⋅⋅⋅⋅==+11、如果数列{}n a 中,相邻两项n a 和1+n a 是二次方程23=0nn n x nx c ++(n=1,2,3…)的两个根,当12a =时,试求100?c =解：由韦达定理：13n n a a n ++=- ① 1n n n a a c +⋅= ②由①式可得：121()()3n n n n a a a a ++++-+=-，即：23n n a a +-=- ③ ③式表明：13521,,,...,k a a a a -和2462,,,...,k a a a a 都是公差为-3的等差数列. 又因12a =，代入①式可得：25a =-，于是得到等差数列为：211(1)(3)23353k a a k k k -=+--=-+=-； 22(1)(3)53323k a a k k k =+--=--+=--.那么： 1002350152a =--⨯=-，1015351148a =-⨯=- 代入②式得：100100101(152)(148)22496c a a =⋅=-⨯-=12、有两个无穷的等比数列{}n a 和{}n b ,其公比的绝对值都小于1,其各项和分别是11n k k S a ∞===∑和12n k k T b ∞===∑,对一切自然数都有：2nn a b =，求这两个数列的首项和公比. 解：由111a S q ==-和121bT r==-得：11a q =-，及12(1)b r =-. 数列的首项设这两个等比数列的通项公式分别为：111(1)n n n a a q q q --==- ① 1112(1)n n n b b r r r --==- ②将①②两式代入2nn a b =，并采用赋值法，分别令1n =和2n =得： 211a b =，即：2(1)2(1)q r -=- ③222a b =，即：22(1)2(1)q q r r -=- ④由③④得：2r q = ⑤ 将⑤式代入③式得：22(1)2(1)q q -=-因为：1q ≠，则上式化简为：12(1)q q -=+，即：13q =-将13q =-代入⑤式得：19r = 这是这两个数列的公比.将13q =-和19r =分别代入①式和②式得：()1114114(1)413333n nn n n n a q q-+-⎛⎫⎛⎫=-=⋅-=--=-⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭；1181162(1)2999n n n n b r r --⎛⎫=-=⨯⨯=⎪⎝⎭13、已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，112a =，当2n ≥时，满足：120n n n a S S -+=；求证：数列1n S ⎧⎫⎨⎬⎩⎭为等差数列；并求{}n S 的通项公式?n S =解：由120n n n a S S -+=得：1120n n n n S S S S ---+=，即：11120n nS S --+=，则：1112n n S S --=，11112S a ==. 上式表明：1n S ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是一个首项为2，公差为2的等差数列.则：122(1)2n n n S =+-=，即：12n S n=，112(1)n S n -=-；于是：111122(1)2(1)n n n a S S n n n n -=-=-=--- 故：1(1)21(2)2(1)n n a n n n ⎧=⎪⎪=⎨⎪-≥-⎪⎩14、已知等比数列{}n a 的首项112a =，且满足：10103020102(21)0S S S -++=. （1）求{}n a 的通项；（2）求{}n nS 的前n 项和n T .解：将3030111q S a q -=-、2020111q S a q -=-、1010111q S a q-=-代入上面等式得：10301020102(1)(21)(1)(1)0q q q --+-+-=化简得：10102010102(1)(21)(1)10q q q ++-+++= 即：101010201010102(1)22(1)(1)10q q q q ++-+-++=整理得：10201020q q -=，即：12q =±则：111111222n n n n a a q--⎛⎫==⋅= ⎪⎝⎭或1111111(1)222n n n n n a a q ---⎛⎫==⋅-=- ⎪⎝⎭第14题第(2)问解答：(2)A.对于等比数列：12a n n =，其求和公式为：11112112212n S n n -=⋅=--故：1(1)221111n n n n k T kS k k n k k k k k k k ⎛⎫==-=-∑∑∑∑ ⎪⎝⎭==== 1> (1)21n n n k k +=∑=2> 23123 (222)221n n n k nR k k ⎛⎫==++++∑ ⎪⎝⎭= ① 则：231234221 (22222)1n n n knR kk -⎛⎫==+++++∑⎪⎝⎭= ② 由②-①得：22331121324311()()()...()222222222n n n n n n nR ---=+-+-+-++--23112311...22222n n n -=+++++-111222(1)21222212nn n n n n n n -+=-=--=-- 综合1>和2>得：(1)2222211nn n kn n n T k n kk k ⎛⎫++=-=+-∑∑⎪⎝⎭== (2)B.对于等比数列：11(1)2n n n a -=-其求和公式为：11()11111(1)2[1(1)]12333221()2n n n S n n n ---=⋅=⋅--=-⋅-- 故：11[1(1)](1)333221111k k n n n n k k k T kS n kk k k k k k ⎛⎫==⋅--=--∑∑∑∑ ⎪⎝⎭==== 1> (1)361n k n n k +=∑= 2> 2311123(1)...(1)33222221kn n n n k n U kk ⎛⎫⎡⎤=-=-+-++-∑⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭= ③ 则：12111232...(1)31222n n n n U -⎡⎤=-+-++-⎢⎥⎣⎦④由③+④得：1221112132131()()...(1)()(1)32222222n n n n n n n n n U ---⎡⎤=-+---++--+-⎢⎥⎣⎦2111111...(1)(1)32222n n n n n -⎡⎤=-+-++-+-⎢⎥⎣⎦ 21111111...(1)(1)322232n n n n n -⎡⎤=-+-++-+⋅-⎢⎥⎣⎦ (1)1112(1)13321()2nnn n n --=-⋅+⋅---2(1)1[1](1)9232n n n n n -=-⋅-+⋅- 故：2(1)(1)[1]27292n n n n n nU --=-⋅-+⋅ 于是：1(1)2(1)(1)(1)[1]33627292211n n k n n n n k kn n nT nk k k ⎛⎫+--=--=-⋅-+⋅∑∑ ⎪⎝⎭== 15、若等差数列{}2log n x 的第m 项等于k ，第k 项等于m(其中m k ≠)，求数列{}n x 的前m k +项的和。

第一讲数列的极限典型例题

第一讲数列的极限一、内容提要 1.数列极限的定义N n N a x n n >∀N ∈∃>∀⇔=∞→,,0lim ε，有ε<-a x n .注1ε的双重性.一方面,正数ε具有绝对的任意性,这样才能有{}n x 无限趋近于)(N n a x a n ><-⇔ε另一方面,正数ε又具有相对的固定性,从而使不等式ε<-a x n .还表明数列{}n x 无限趋近于a 的渐近过程的不同程度,进而能估算{}n x 趋近于a 的近似程度.注2 若n n x ∞→lim 存在，则对于每一个正数ε，总存在一正整数N 与之对应，但这种N 不是唯一的，若N 满足定义中的要求，则取 ,2,1++N N ，作为定义中的新的一个N 也必须满足极限定义中的要求，故若存在一个N 则必存在无穷多个正整数可作为定义中的N ．注3 a x n →)(∞→n 的几何意义是：对a 的预先给定的任意-ε邻域),(εa U ，在{}n x 中至多除去有限项，其余的无穷多项将全部进入),(εa U ．注4 N n N a x n n >∃N ∈∀>∃⇔≠∞→00,,0lim ε，有00ε≥-a x n .2. 子列的定义在数列{}n x 中，保持原来次序自左往右任意选取无穷多个项所得的数列称为{}n x 的子列，记为{}k n x ，其中k n 表示k n x 在原数列中的项数，k 表示它在子列中的项数．注1 对每一个k ，有k n k ≥．注2 对任意两个正整数k h ,，如果k h ≥，则k h n n ≥．反之，若k h n n ≤，则k h ≤．注3 K k K a x k n n >∀N ∈∃>∀⇔=∞→,,0lim ε，有ε<-a x k n .注4 ⇔=∞→a x n n lim {}n x 的任一子列{}k n x 收敛于a . 3.数列有界对数列{}n x ，若0>∃M ，使得对N n >∀，有M x n ≤，则称数列{}n x 为有界数列． 4.无穷大量对数列{}n x ，如果0>∀G ，N n N >∀N ∈∃,，有G x n >，则称{}n x 为无穷大量，记作∞=∞→n n x lim ．注1 ∞只是一个记号，不是确切的数．当{}n x 为无穷大量时，数列{}n x 是发散的，即nn x ∞→lim 不存在．注2 若∞=∞→n n x lim ，则{}n x 无界，反之不真．注3 设{}n x 与{}n y 为同号无穷大量，则{}n n y x +为无穷大量．注4 设{}n x 为无穷大量，{}n y 有界，则{}n n y x ±为无穷大量．注5 设{}n x 为无穷大量，对数列{}n y ，若0>∃δ，,N ∈∃N 使得对N n >∀，有δ≥n y ，则{}n n y x 为无穷大量．特别的，若0≠→a y n ，则{}n n y x 为无穷大量． 5.无穷小量若0lim =∞→n n x ，则称{}n x 为无穷小量．注1 若0lim =∞→n n x ，{}n y 有界，则0lim =∞→n n n y x ．注2 若∞=∞→n n x lim ，则01lim=∞→nn x ；若0l i m =∞→n n x ，且,N ∈∃N 使得对N n >∀，0≠n x ，则∞=∞→nn x 1lim．6.收敛数列的性质（1）若{}n x 收敛，则{}n x 必有界，反之不真．（2）若{}n x 收敛，则极限必唯一．（3）若a x n n =∞→lim ，b y n n =∞→lim ，且b a >，则N ∈∃N ，使得当N n >时，有n n y x >．注这条性质称为“保号性”，在理论分析论证中应用极普遍．（4）若a x n n =∞→lim ，b y n n =∞→lim ，且N ∈∃N ，使得当N n >时，有n n y x >，则b a ≥．注这条性质在一些参考书中称为“保不等号（式）性”．（5）若数列{}n x 、{}n y 皆收敛，则它们和、差、积、商所构成的数列{}n n y x +，{}n n y x -，{}n n y x ，⎭⎬⎫⎩⎨⎧n n y x （0lim ≠∞→n n y ）也收敛，且有 ()=±∞→n n n y x lim ±∞→n n x lim n n y ∞→lim ， =⋅∞→n n n y x lim ⋅∞→n n x lim n n y ∞→lim ，=∞→nnn y x lim n n nn y x ∞→∞→lim lim （0lim ≠∞→n n y ）． 7. 迫敛性（夹逼定理）若N ∈∃N ，使得当N n >时，有n n n z x y ≤≤，且n n y ∞→lim a z n n ==∞→lim ，则a x n n =∞→lim ．8. 单调有界定理单调递增有上界数列{}n x 必收敛，单调递减有下界数列{}n x 必收敛． 9. Cauchy 收敛准则数列{}n x 收敛的充要条件是：N m n N >∀N ∈∃>∀,,,0ε，有ε<-m n x x ．注 Cauchy 收敛准则是判断数列敛散性的重要理论依据．尽管没有提供计算极限的方法，但它的长处也在于此――在论证极限问题时不需要事先知道极限值． 10.Bolzano Weierstrass 定理有界数列必有收敛子列．11. 7182818284.211lim ==⎪⎭⎫⎝⎛+∞→e n nn12.几个重要不等式(1) ,222ab b a ≥+ .1 s i n ≤x . s i n x x ≤ (2) 算术－几何－调和平均不等式：对,,,,21+∈∀R n a a a 记,1 )(121∑==+++=n i i n i a n n a a a a M (算术平均值),)(1121nni i n n i a a a a a G ⎪⎪⎭⎫⎝⎛==∏= (几何平均值) .1111111)(1121∑∑====+++=ni in i ini a n a n a a a na H (调和平均值)有均值不等式: ),( )( )(i i i a M a G a H ≤≤等号当且仅当n a a a === 21时成立. （3） Bernoulli 不等式: (在中学已用数学归纳法证明过) 对,0x ∀> 由二项展开式 23(1)(1)(2)(1)1,2!3!nn n n n n n x nx x x x ---+=+++++)1(,1)1(>+>+⇒n nx x n（４）Cauchy －Schwarz 不等式: k k b a ,∀(n k ,,2,1 =),有≤⎪⎭⎫ ⎝⎛∑=21n k k k b a ≤⎪⎭⎫⎝⎛∑=21n k k k b a ∑=n k k a 12∑=nk kb12（５）N n ∈∀，nn n 1)11ln(11<+<+ 13. O. Stolz 公式二、典型例题 1．用“N -ε”“N G -”证明数列的极限．（必须掌握）例１用定义证明下列各式：（１）163153lim22=+-++∞→n n n n n ；（２）设0>n x ，a x n n =∞→lim ，则a x n n =∞→lim ；（97，北大，10分）（３）0ln lim=∞→αn nn )0(>α证明：（１）0>∀ε，欲使不等式ε<=<-<+--=-+-++n nn n n n n n n n n n n 6636635616315322222 成立，只须ε6>n ，于是，0>∀ε，取1]6[+=εN ，当N n >时，有ε<<-+-++n n n n n 616315322 即 163153lim22=+-++∞→n n n n n ．（２）由a x n n =∞→lim ，0>n x ，知N n N >∀N ∈∃>∀,,0ε，有εa a x n <-，则<+-=-ax a x a x n n n ε<-aa x n 于是，N n N >∀N ∈∃>∀,,0ε，有<-a x n ε<-aa x n ，即 a x n n =∞→lim ．（３）已知n n ln >，因为<⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎢⎣⎡<=<αααααααn n n n n n 1ln 2ln 2ln 022≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎢⎣⎡αααn n 122≤⋅αααn n ][2222244αααααn n n =⋅，所以，0>∀ε，欲使不等式=-0ln αnn≤αn n ln εαα<24n成立，只须ααε24⎪⎭⎫ ⎝⎛>n ．于是，0>∀ε，取=N 142+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛ααε，当N n >时，有=-0ln αn n≤αn n ln εαα<24n，即 0ln lim =∞→αn nn ．评注１本例中，我们均将a x n -做了适当的变形，使得ε<≤-)(n g a x n ，从而从解不等式ε<)(n g 中求出定义中的N ．将a x n -放大时要注意两点：①)(n g 应满足当∞→n 时，0)(→n g ．这是因为要使ε<)(n g ，)(n g 必须能够任意小；②不等式ε<)(n g 容易求解．评注２用定义证明a x n →)(∞→n ，对0>∀ε，只要找到一个自然数)(εN ，使得当)(εN n >时，有ε<-a x n 即可．关键证明N ∈)(εN 的存在性．评注３在第二小题中，用到了数列极限定义的等价命题，即：（１）N n N >∀N ∈∃>∀,,0ε，有εM a x n <-（M 为任一正常数）. （２）N n N >∀N ∈∃>∀,,0ε，有k n a x ε<-)(N k ∈.例２用定义证明下列各式：（１）1lim =∞→n n n ；（92，南开，10分）（２）0lim =∞→n kn an ),1(N k a ∈>证明：（１）（方法一）由于1>n n （1>n ），可令λ+=1n n （0>λ），则()>++-++=+==n n nnn n n n n λλλλ 22)1(1)1(22)1(λ-n n （2>n ）当2>n 时，21nn >-，有 >n >-22)1(λn n 2222)1(44-=nn n n λ即 nn n 210<-<．0>∀ε，欲使不等式=-1n n ε<<-nn n21成立，只须24ε>n ．于是，0>∀ε，取⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=2,14max 2εN ，当N n >时，有 1-nn ε<<n 2，即 1lim =∞→n n n ．（方法二）因为nn n n n n n n n n n n n212211)111(112+<-+=++++≤⋅⋅⋅⋅⋅=≤- 个，所以1-nn n2<，0>∀ε，欲使不等式=-1n n ε<<-nn n21成立，只须24ε>n ．于是，0>∀ε，取142+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=εN ，当N n >时，有1-nn ε<<n2，即 1lim =∞→n n n ．（２）当1=k 时，由于1>a ，可记λ+=1a （0>λ），则>++-++=+=n n n n n n a λλλλ 22)1(1)1(22)1(λ-n n （2>n ）当2>n 时，21nn >-，于是有 <<n an 02242)1(λλn n n n <-．0>∀ε，欲使不等式0-nan<<n a n ελ<24n 成立，只须24ελ>n ．对0>∀ε，取⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=2,14max 2ελN ，当N n >时，有0-nan<<n a n ελ<24n ．当1>k 时，11>k a （1>a ），而=n ka n kn k a n ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡)(1．则由以上证明知N n N >∀N ∈∃>∀,,0ε，有ε<<nka n )(01，即kn k a n ε<<0，故 0lim =∞→n kn an ．评注１在本例中，0>∀ε，要从不等式ε<-a x n 中解得N 非常困难．根据n x 的特征，利用二项式定理展开较容易．要注意，在这两个小题中，一个λ是变量，一个λ是定值．评注２从第一小题的方法二可看出算术－几何平均不等式的妙处．评注３第二小题的证明用了从特殊到一般的证法．例用定义证明：0!lim =∞→n a nn （0>a ）（山东大学）证明：当10≤<a 时，结论显然成立．当1>a 时，欲使[][][][]ε<⋅<⋅⋅+⋅⋅⋅⋅=-n aa a n a a a a a a a n a a n !1210! 成立，只须>n [][]ε!1a a a +．于是0>∀ε，取=N [][]1!1+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+εa a a ，当N n >时，有[][]ε<⋅<-n a a a n a a n !0!即 0!lim=∞→n a nn ．例设1<α，用“N -ε”语言，证明：0])1[(lim =-+∞→ααn n n ．证明：当0≤α时，结论恒成立．当10<<α时，0>∀ε，欲使<-+=--+]1)11[(0)1(ααααn n n n εαα<=-+-11)111(nn n只须>n αε-111．于是0>∀ε，取=N 1111+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-αε，当N n >时，有 <--+0)1(ααn n εα<-11n即 0])1[(lim =-+∞→ααn n n ．2.迫敛性（夹逼定理）n 项和问题可用夹逼定理、定积分、级数来做，通项有递增或递减趋势时考虑夹逼定理．n n n z x y ≤≤，b y n →，c z n →}{n x ⇒有界，但不能说明n x 有极限．使用夹逼定理时，要求n n z y ,趋于同一个数．例求证：0!lim =∞→n a nn （a 为常数）．分析：na m a m a a a a n a n ⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅= 1321!，因a 为固定常数，必存在正整数m ，使1+<≤m a m ，因此，自1+m a 开始，11<+m a ，12<+m a ，1,<na ，且∞→n 时，0→na．证明：对于固定的a ，必存在正整数m ，使1+<m a ，当1+≥m n 时，有≤⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=≤n a m a m a a a a n an1321!0n am am⋅!，由于∞→n lim0!=⋅na m am，由夹逼定理得0!lim=∞→n ann ，即 0!lim=∞→n a nn ．评注当极限不易直接求出时，可将求极限的变量作适当的放大或缩小，使放大、缩小所得的新变量易于求极限，且二者极限值相同，直接由夹逼定理得出结果．例若}{n a 是正数数列，且02lim21=+++∞→nna a a nn ，则0lim 1=⋅⋅⋅∞→n n n a a n ．证明：由()()()n n na a a ⋅⋅⋅ 2121nna a a n+++≤212，知n n na a a n ⋅⋅⋅⋅ 21!nna a a n+++≤212即 n n a a a ⋅⋅⋅ 21n n n n na a a !1221⋅+++≤．于是，n n a a a n ⋅⋅⋅<210nnn nna a a !1221⋅+++≤，而由已知02lim21=+++∞→nna a a nn 及∞→n lim0!1=nn故 ∞→n lim0!1221=⋅+++nnn nna a a由夹逼定理得 0lim 1=⋅⋅⋅∞→n n n a a n ．评注1 极限四则运算性质普遍被应用，值得注意的是这些性质成立的条件，即参加运算各变量的极限存在，且在商的运算中，分母极限不为0．评注2 对一些基本结果能够熟练和灵活应用．例如：（1）0lim =∞→nn q （1<q ）（2）01lim=∞→an n （0>a ）（3）1lim =∞→n n a （0>a ）（4）1lim =∞→n n n（5）0!lim=∞→n a n n （0>a ）（6）∞→n lim 0!1=n n 例证明：若a x n n =∞→lim （a 有限或∞±），则a nx x x nn =+++∞→ 21lim（a 有限或∞±）．证明：（１）设a 为有限，因为a x n n =∞→lim ，则11,,0N n N >∀N ∈∃>∀ε，有2ε<-a x n .于是=-+++a n x x x n21()()()na x a x a x n -++-+- 21+-++-+-≤nax a x a x N 121 nax a x n N -++-+ 1121εε+<-+<n A n N n n A ．其中a x a x a x A N -++-+-=121 为非负数．因为0lim=∞→nAn ，故对上述的22,,0N n N >∀N ∈∃>ε，有2ε<n A ．取},max{21N N N =当N n >时，有 εεε=+<-+++2221a n x x x n即 a nx x x nn =+++∞→ 21lim．（２）设+∞=a ，因为+∞=∞→n n x lim ，则11,,0N n N G >∀N ∈∃>∀，有G x n 2>，且0121>+++N x x x ．于是=+++n x x x n21 ++++nx x x N 121 n x x n N +++ 11G nN G n N n G nx x nN 11122)(21-=->++>+取12N N =，当N n >时，G G nN <12，于是 G G G nx x x n=->+++221 ．即 +∞=+++∞→nx x x nn 21lim（３）-∞=a 时证法与（２）类似．评注１这一结论也称Cauchy 第一定理，是一个有用的结果，应用它可计算一些极限，例如：（１）01211lim=+++∞→nn n （已知01lim =∞→n n ）；（２）1321lim 3=++++∞→nnn n （已知1lim =∞→n n n ）．评注２此结论是充分的，而非必要的，但若条件加强为“}{n x 为单调数列”，则由a nx x x nn =+++∞→ 21lim可推出a x n n =∞→lim ．评注３证明一个变量能够任意小，将它放大后，分成有限项，然后证明它的每一项都能任意小，这种“拆分方法”是证明某些极限问题的一个常用方法，例如：若10<<λ，a a n n =∞→lim （a 为有限数），证明：λλλλ-=++++--∞→1)(lim 0221aa a a a n n n n n ．分析：令0221a a a a x n n n n n λλλ++++=-- ，则01101221)()()()1(a a a a a a a a x n n n n n n n n +-----++-+-+=-λλλλλ ．只须证0)()()(101221→-++-+----a a a a a a n n n n n λλλ （∞→n ）由于a a n n =∞→lim ，故N n N >∀N ∈∃,，有ε<--1n n a a ．于是)()()(101221a a a a a a n n n n n -++-+----λλλ101111221a a a a a a a a a a n N n N n N N n N n N n n n n -++-+-++-+-≤---+-+----λλλλλ 再利用0lim =∞→n n λ（10<<λ）即得．例求下列各式的极限：（１）)2211(lim 222nn n nn n n n n +++++++++∞→（２）n n n1211lim +++∞→ （３）nn nn 2642)12(531lim ⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅∞→解：（１）≤+++++++++≤+++++n n n n n n n n n n n n 2222221121 1212+++++n n n∵∞→n lim n n n n +++++221 ∞→=n lim 212)1(2=+++n n n n n ， ∞→n lim 1212+++++n n n ∞→=n lim 2112)1(2=+++n n n n ，由夹逼定理， ∴21)2211(lim 222=+++++++++∞→nn n n n n n n n（２）n n n n n=+++≤+++≤11112111 ∵1lim =∞→n n n ，由夹逼定理，∴11211lim =+++∞→n n n．（３）∵121243212642)12(531212212452321<-⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅=⋅--⋅⋅⋅≤nn n n n n n n ， ∴12642)12(53121<⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅≤⋅nn nn n n．∵∞→n lim121=⋅nnn，由夹逼定理，∴12642)12(531lim =⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅∞→nn nn ．评注nn 212-的极限是１，用此法体现了“１”的好处，可以放前，也可放后．若极限不是１，则不能用此法，例如：)12(53)1(32+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=n n x n ，求n n x ∞→lim ．解：∵0>n x ，{}n x 单调递减，{}n x 单调递减有下界，故其极限存在．令a x n n =∞→lim ，∵3221++⋅=+n n x x n n ∴=+∞→1lim n n x n n x ∞→lim ∞→n lim 322++n n ， a a 21=， ∴0=a ，即 0lim =∞→n n x ．)2112111(lim nn +++++++∞→ （中科院）评注拆项：分母是两项的积，111)1(1+-=+n n n n 插项：分子、分母相差一个常数时总可以插项．1111111+-=+-+=+n n n n n ３单调有界必有极限常用方法：①n n x x -+1；②nn x x 1+；③归纳法；④导数法． )(1n n x f x =+ 0)(>'x f )(x f 单调递增12x x > )()(12x f x f > 23x x > 12x x < )()(12x f x f < 23x x <0)(<'x f )(x f 单调递减12x x > )()(12x f x f < 23x x <12x x < )()(12x f x f > 23x x >不解决决问题．命题：)(1n n x f x =+，若)(x f 单调递增，且12x x >（12x x <），则{}n x 单调递增（单调递减）．例求下列数列极限：（1）设0>A ，01>x ，)(211nn n x Ax x +=+；（98，华中科大，10分）（2）设01>x ，nnn x x x ++=+3331；（04，武大）（3）设a x =0，b x =1，221--+=n n n x x x （ ,3,2=n ）．（2000,浙大）解：（1）首先注意A x Ax x A x x nn n n n =⋅⋅≥+=+221)(211，所以{}n x 为有下界数列．另一方面，因为0)(21)(211≤-=-+=-+n nn n n n n x x Ax x A x x x ．（或()121)1(21221=+≤+=+A Ax A x x nn n ）故{}n x 为单调递减数列．因而n n x ∞→lim 存在，且记为a ．由极限的四则运算，在)(211nn n x Ax x +=+两端同时取极限∞→n ，得)(21aAa a +=．并注意到0>≥A x n ，解得A a =．（2）注意到33)1(333301<++=++=<+nn n n n x x x x x ，于是{}n x 为有界数列．另一方面，由)24)(3()3(2333333333333311211121121-------+++-=++-⎪⎪⎭⎫⎝⎛++-=+-=-++=-n n n n n n n n n n n n n n x x x x x x x x x x x x x x )2)(3(31121---++-=n n n x x x 知=---+11n n n n x x x x 02133)2)(3(311211121>+=+-++-------n n n n n n x x x x x x ．即n n x x -+1与1--n n x x 保持同号，因此{}n x 为单调数列，所以n n x ∞→lim 存在（记为a ）．由极限的四则运算，在nn n x x x ++=+3331两端同时取极限∞→n ，得a aa ++=333．并注意到30<<n x ，解得3=a ．（3）由于nn n n n n n n n n a b x x xx x x x x x x x )2()2()2(2201112111--=--=--==--=-+=----+ , 又=+-=∑-=+0101)(x x x x n m m m n a a b a a b x nn m mn +-----=+--=∑-=)21(1)21(1)()2(1)(10,所以 n n x ∞→lim 323)(2)21(1)21(1lim)(a b a a b a a b nn +=+-=+-----=∞→．评注１求递归数列的极限，主要利用单调有界必有极限的原理，用归纳法或已知的一些基本结果说明数列的单调、有界性．在说明递归数列单调性时，可用函数的单调性．下面给出一个重要的结论：设)(1n n x f x =+（ ,2,1=n ）I x n ∈，若)(x f 在区间I 上单调递增，且12x x >（或12x x <），则数列{}n x 单调递增（或单调递减）．评注2 第三小题的方法较为典型，根据所给的11,,-+n n n x x x 之间的关系，得到n n x x -+1与1--n n x x 的等式，再利用错位相减的思想，将数列通项n x 写成级数的表达式．例设11,b a 为任意正数，且11b a ≤，设11112----+=n n n n n b a b a a ，11--=n n n b a b （ ,3,2=n ），则{}n a ，{}n b 收敛，且极限相同．证明：由≤+=----11112n n n n n b a b a a 111122----n n n n b a b a n n n b b a ==--11，知≤=--11n n n b a b 111---=n n n b b b ．则10b b n ≤<，即{}n b 为单调有界数列．又10b b a n n ≤≤<，且=-+=-------1111112n n n n n n n a b a b a a a =+---------111121112n n n n n n n b a b a a b a 0)(11111≥+------n n n n n b a a b a ，所以{}n a 亦为单调有界数列．由单调有界必有极限定理，n n a ∞→lim 与n n b ∞→lim 存在，且分别记为a 与b ．在11112----+=n n n n n b a b a a 与11--=n n n b a b 两端同时取极限∞→n ，得b a ab a +=2与ab b =．考虑到11,b a 为任意正数且110b b a a n n ≤≤≤<．即得0≠=b a ．例（1）设21=x ，nn x x 121+=+，求n n x ∞→lim ；（2）设01=x ，22=x ，且02311=---+n n n x x x （ ,3,2=n ），求n n x ∞→lim ．解：（1）假设n n x ∞→lim 存在且等于a ，由极限的四则运算，在nn x x 121+=+两端同时取极限∞→n ，得aa 12+=，即21±=a ．又2>n x ，故21+=a ．下面只须验证数列{}a x n -趋于零（∞→n ）．由于<-<-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-<+a x a x a x a x a x n n n n n 41121201a x n-⎪⎭⎫ ⎝⎛<141，而∞→n lim 0411=-⎪⎭⎫⎝⎛a x n，由夹逼定理得=∞→n n x lim 21+=a ．（2）由02311=---+n n n x x x ，知=++n n x x 231=+-123n n x x =+--2123n n x x 62312=+=x x ，则 2321+-=+n n x x ．假设n n x ∞→lim 存在且等于a ，由极限的四则运算，得56=a ．下面只须验证数列⎭⎬⎫⎩⎨⎧-56n x 趋于零（∞→n ）．由于 =-+-=--56232561n n x x =⎪⎭⎫ ⎝⎛---56321n x 56325632111⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--n n x ．显然∞→n lim 056321=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-n ，由夹逼定理得56lim =∞→n n x ．评注１两例题中均采用了“先求出结果后验证”的方法，当我们不能直接用单调有界必有极限定理时，可以先假设a x n n =∞→lim ，由递归方程求出a ，然后设法证明数列{}a x n -趋于零．评注２对数列{}n x ，若满足a x k a x n n -≤--1（ ,3,2=n ），其中10<<k ，则必有a x n n =∞→lim ．这一结论在验证极限存在或求解递归数列的极限时非常有用．评注３本例的第二小题还可用Cauchy 收敛原理验证它们极限的存在性．设1a >0，1+n a ＝n a ＋na 1，证明n ＝1（04，上海交大）证（1）要证n ＝1 ，只要证2lim 12nn a n→∞=，即只要证221lim 1(22)2n nn a a n n +→∞-=+-，即证221lim()2n n n a a +→∞-= （2）因1+n a ＝n a ＋n a 1，故110n n n a a a +-=>，1211n n na a a +=+ 2211112211()()112n n n n n n n n n n na a a a a a a a a a a +++++-=-+==++=+ 因此只要证21lim0n na →∞=，即只要证lim n n a →∞=∞ （3）由110n n na a a +-=>知，{}n a 单调增加，假如{}n a 有上界，则{}n a 必有极限a ，由1+n a ＝n a ＋n a 1知，a ＝a ＋1a ，因此10a=，矛盾. 这表明{}n a 单调增加、没有上界，因此lim n n a →∞=∞. （证完）４利用序列的Cauchy 收敛准则例（1）设21xx =（10≤≤x ），2221--=n n x x x ，求n n x ∞→lim ；（2）设111==y x ，n n n y x x 21+=+，n n n y x y +=+1，求nnn y x ∞→lim；解：（1）由21x x =（10≤≤x ），得211≤x ．假设21≤k x ，则412≤k x ．有 =-=+2221k k x x x 21212≤-k x x 由归纳法可得 21≤n x ．于是 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=---++22222121n p n n pn x x x x x x111111212--+--+--+-≤-+=n p n n p n n p n x x x x x x 021211111→≤-≤≤-+-n p n x x （∞→n ）．由Cauchy 收敛准则知：n n x ∞→lim 存在并记为a ，由极限的四则运算，在2221--=nn x x x 两端同时取极限∞→n ，得022=-+x a a ．注意到21≤n x ，故x a x n n ++-==∞→11lim ．（2）设nnn y x a =，显然1>n a . 由于nn n n n n n n a y x y x y x a ++=++==+++1112111,则 111111+++-+=-n n n n a a a a ()()<++-=--1111n n n n a a a a <<-- 141n n a a 12141a a n --. 于是=-+n p n a a n n p n p n p n p n a a a a a a -++-+-+-+-+-++1211 n n p n p n p n p n a a a a a a -++-+-≤+-+-+-++121112124141a a n p n -⎪⎭⎫⎝⎛++<--- 12141141141a a p n ---⋅=- 03141121→-⋅<-a a n (∞→n ). 由Cauchy 收敛准则知：n n x ∞→lim 存在并记为a . 由极限的四则运算，在nn a a ++=+1111两端同时取极限∞→n ，得22=a ．注意到1>n a ，故=∞→n nn y x lim2lim =∞→n n a ．评注1 Cauchy 收敛准则之所以重要就在于它不需要借助数列以外的任何数,只须根据数列各项之间的相互关系就能判断该数列的敛散性. 本例两小题都运用了Cauchy 收敛准则,但细节上稍有不同.其实第一小题可用第二小题的方法,只是在第一小题中数列{}n x 有界,因此有11111≤+≤-++x x x x p p .保证了定义中的N 仅与ε有关.评注2 “对N p ∈∀有()0lim =-+∞→n p n n x x ”这种说法与Cauchy 收敛准则并不一致．这里要求对每个固定的p ，可找到既与ε又与p 的关的Ｎ，当N n >，有ε<-+n p n x x ．而Cauchy 收敛准则要求所找到的Ｎ只能与任意的ε有关．５利用Stolz 定理计算数列极限例求下列极限（1）⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+++∞→421lim 3333n n n n（2）假设1222...lim ,lim 2n n n n a a na aa a n →∞→∞+++==证明：（00，大连理工，10）（04，上海交大）证明：Stolz 公式121211222212...(2...(1))(2...)limlim(1)(1)lim 212n n n n n n n n a a na a a na n a a a na n n n n a a n +→∞→∞+→∞++++++++++++=+-+==+（3）nn n ln 1211lim+++∞→ （4）n n n n 1232lim++++∞→ （5）n n an 2lim ∞→（1>a ）６关于否定命题的证明（书上一些典型例题需背）a x n n ≠∞→lim{}n x 发散例证明：nx n 131211++++= 发散．例设0≠n a （ ,2,1=n ），且0lim =∞→n n a ，若存在极限l a a nn n =+∞→1lim，则1≤l ．（北大，20）７杂例 (1) )1(1321211lim +++⋅+⋅∞→n n n(2) （04，武大）2212lim(...),(1)11()1lim()11(1)1n n n n n n a a a an a a a a a a →∞→∞+++>-=-=--- (3) )1()1)(1(lim 22n n x x x +++∞→ (1<x);(4)设31=a ,n n n a a a +=+21（ ,2,1=n ），求： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++=∞→n n a a a l 111111lim 21 ．。

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等差数列
一、疑难例题讲解
例1、（1）求数列n
+++++++ 3211,,3211,211,1的通项公式n a （2）求数列}{n a 的前n 项和
例2、已知数列{n a }中，点（3n 1,3n n a a --）在直线y=x-1上，n>=2,且4a =86，求{n a } 的通项公式.
例3、已知：数列{n a }中，1a =2，1n a +=
21n n a a +，求数列的通项公式
例4、设数列{n a }的前n 项和 n s =4
3n a -13
+12
,32n +1求首项a 及通项n a
例5、已知一个等差数列{}n a 的通项公式a n =25－5n ，求数列{}||n a 的前n 项和
例6、已知一个等差数列的前10项的和是310，前20项的和是1220，
由此可以确定求其前n 项和的公式吗？
例7、已知：n n a -+=12lg 1024 （3010.02lg =）+∈N n
（1）问前多少项之和为最大？（2）前多少项之和的绝对值最小？
例8、设等差数列{a n }的前n 项和为S n ，且)()21(
2+∈+=N n a S n n ，求数列{a n }的前n 项和
例9、已知数列{}n a 中，n S 是它的前n 项和，并且241+=+n n a S ，11=a , 设n n n a c 2=，求证数列{}n c 是等差数列。

例10、项数是n 2的等差数列，中间两项为1+n n a a 和是方程02=+-q px x 的两根，求证此数列的和n S 2是方程 0)lg (lg lg )lg (lg lg 2
222=+++-p n x p n x 的根。

（02>n S ）例11、一个球从100米高处自由落下，每次着地后又跳回至原高度的一半落下，当它第10次着地时，共经过了多少米？（精确到1米）
二、典型习题导练
1 、若{}n a 是等差数列，首项120032004200320040,0,.0a a a a a >+><，则使前n 项和0n S >成立的最大自然数n 是（）
A 、4005
B 、4006
C 、4007
D 、4008
2、设n S 是等差数列}{n a 的前n 项之和，且98776,S S S S S >=<，则下列结论中错误的是（）
A 、0<d
B 、08=a
C 、610S S >
D 、87,S S 均为n S 的最大项
3、已知数列}{n a 满足)(133
,0*11N n a a a a n n n ∈+-==+，则20a =（）
A 、0
B 、3-
C 、3
D 、
23 4、在等差数列{}n a 中， 40135=+a a ，则 =++1098a a a （）
A ．72
B ．60
C ．48
D ．36
5、已知数列{}n a 的前n 项之和S n =aq n
（q q a ,1,0≠≠为非零常数），则{}n a 为（）。

A.等差数列 B.等比数列
C.既不是等差数列，也不是等比数列
D.既是等差数列，又是等比数列
6、求和：a+a 2+a 3+…+a n .
7、求数列}21{n n ⨯
前n 项和
8、已知n n n S a a 2311+==-且，求n a 及n S 。

9、已知{}n a 是等差数列，且满足)(,n m m a n a n m ≠==，则n m a +等于________。

10、已知数列⎭
⎬⎫⎩⎨⎧+21n a 成等差数列，且713,61153-=-=a a ，求8a 的值。

11、求数列
,)
1(6,,436,326,216+⨯⨯⨯n n 前n 项和。