高三理科数学小综合专题练习--数列讲解学习
高考数学复习考点知识专题讲解17---数列的求和及综合应用

高考数学复习考点知识专题讲解【考点剖析】 1. 命题方向: 考查数列的求和方法,以等差数列、等比数列的求和公式为基础,重点考查“错位相 减法”“裂项相消法”等求和方法,在此基础上将数列与函数方程、不等式、解析几 何等结合结合考查,难度在中等偏上. 2.结论总结:(1)等差数列的前 和的求和公式: (2)等比数列前 项和公式一般地,设等比数列的前 项和是. ,当时,或(3)数列前 项和;当 时,(错位相减法).①重要公式:(1) (2)(3) (4) ②等差数列中, ③等比数列中,; .1 / 25(4)解答数列实际应用题的基本步骤: ①审题——仔细阅读材料,认真理解题意; ②建模——将已知条件翻译成数学(数列)语言,将实际问题转化成数学问题.分清该 数列是等差数列还是等比数列,是求通项还是求前 n 项和; 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. 具体解题步骤如下框图:(2)数列实际应用问题的常见模型有①等差模型;②等比模型;③混合模型;④生 长模型;⑤递推模型.用数列知识解相关的实际问题,关键是弄清所构造的数列的首 项是什么,项数是多少,然后结合数列相关知识求解. 3.名师二级结论: 1)公式法:如果一个数列是等差、等比数列或者是可以转化为等差、等比数列的数 列,我们可以运用等差、等比数列的前 项和的公式来求和.对于一些特殊的数列(正 整数数列、正整数的平方和立方数列等)也可以直接使用公式求和. 2)倒序相加法:类似于等差数列的前 项和的公式的推导方法,如果一个数列 的 前 项中首末两端等“距离”的两项的和相等或等于同一个常数,那么求这个数列的前项和即可用倒序相加法,如等差数列的前 项和公式即是用此法推导的. 3)错位相减法:如果一个数列的各项是由一个等差数列和一个等比数列的对应项之 积构成的,那么这个数列的前 项和即可用此法来求,如等比数列的前 项和公式就2 / 25是用此法推导的.若,其中 是等差数列, 是公比为 等比数列,令,则 整理即得.两式错位相减并4)裂项相消法:把数列的通项拆成两项之差,即数列的每一项都可按此法拆成两项之差,在求和时一些正负项相互抵消,于是前 项的和变成首尾若干少数项之和,这一求和方法称为裂项相消法.适用于类似(其中 是各项不为零的等差数列, 为常数)的数列、部分无理数列等.用裂项相消法求和,需要掌握一些常见的裂项方法:(1) (2),特别地当 时, ,特别地当 时,; ;(3)(4)(5) 5.)分组转化求和法:有一类数列,它既不是等差数列,也不是等比数列,但是数列是等差数列或等比数列或常见特殊数列,则可以将这类数列适当拆开,可分为几个等差、等比数列或常见的特殊数列,然后分别求和,再将其合并即可.6)并项求和法:一个数列的前 项和中,可两两结合求解,则称之为并项求和.形如类型,可采用两项合并求解.例如,3 / 25. 7) 在利用裂项相消法求和时应注意:(1)在把通项裂开后,是否恰好等于相应的两项 之差;(2)在正负项抵消后,是否只剩下了第一项和最后一项,或有时前面剩下两项,后面也剩下两项. 对于不能由等差数列、等比数列的前 n 项和公式直接求和的问题,一般需要将数列通项的结构进行合理的拆分,转化成若干个等差数列、等比数列的求和.应用公式法求和时,要保证公式使用的正确性,尤其要区分好等差数列、等比数列的通项公式及前 项和公式.使用裂项法求和时,要注意正负项相消时消去了哪些项,保留了哪些项,切不可漏写未被消去的项,未被消去的项有前后对称的特点,实质上造成正负相消是此法的根源与目的. 用错位相减法求和时,应注意(1)要善于识别题目类型,特别是等比数列公比为负数的情形;(2)在写出“ ”与“ ”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”以便下一步准确写出“”的表达式.8) [易错提示] 利用裂项相消法解决数列求和问题,容易出现的错误有两个方面:(1)裂项过程中易忽视常数,如容易误裂为,漏掉前面的系数 ;(2)裂项之后相消的过程中容易出现丢项或添项的问题,导致计算结果错误.应用错位相减法求和时需注意: ①给数列和 Sn 的等式两边所乘的常数应不为零,否则需讨论; ②在转化为等比数列的和后,求其和时需看准项数,不一定为 n. 4.考点交汇展示: (1)数列与函数导数相结合4 / 251.【2018 年浙江卷】已知,则A.B.【答案】B【解析】分析:先证不等式成等比数列,且.若C.D.,再确定公比的取值范围,进而作出判断.2.设, 是曲线在点 处的切线与 x 轴交点的横坐标.(Ⅰ)求数列 的通项公式;(Ⅱ)记,证明.【答案】(Ⅰ);(Ⅱ).【解析】(Ⅰ)解: 斜率为 .,曲线在点 处的切线从而切线方程为.令 ,解得切线与 轴交点的横坐标.5 / 25(2)数列与解析几何知识的交汇已知数列 的前 项和为 ,点在抛物线上,各项都为正数的等比数列 满足.(Ⅰ)求数列 , 的通项公式;(Ⅱ)记,求数列 的前 n 项和 .【答案】(1) 【解析】(Ⅰ)(2) ,当 时,当 时,, 数列 是首项为 ,公差为 的等差数列,又 各项都为正数,解得(Ⅱ)【考点分类】6 / 25考向一 等差数列与等比数列的综合应用1.【2018 年全国卷Ⅲ文】等比数列 中,.(1)求 的通项公式;(2)记 为 的前 项和.若,求 .【答案】(1)或(2)【解析】分析:(1)列出方程,解出 q 可得;(2)求出前 n 项和,解方程可得 m。
2023年新高考数学一轮复习7-5 数列的综合应用(知识点讲解)含详解

专题7.5 数列的综合应用(知识点讲解)【知识框架】【核心素养】1.数列与传统数学文化、实际问题相结合,考查等差、等比数列的基本运算,凸显数学建模的核心素养. 2.数列与新定义问题相结合,考查转化、迁移能力,凸显数学抽象的核心素养.3.数列与函数、不等式、解析几何等相结合,考查学生综合分析解决问题的能力,凸显逻辑推理的核心素养.【知识点展示】(一)数列与函数数列与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,此类问题一般是利用函数的性质、图象研究数列问题;(2)已知数列条件,解决函数问题,解决此类问题一般要充分利用数列的范围、公式、求和方法对式子化简变形.(二)数列与不等式1.数列型不等式的证明常用到“放缩法”,一是在求和中将通项“放缩”为“可求和数列”;二是求和后再“放缩”.放缩法常见的放缩技巧有: (1)1k 2<1k 2-1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1-1k +1.(2)1k -1k +1<1k 2<1k -1-1k . (3)2(n +1-n )<1n<2(n -n -1).2.数列中不等式恒成立的问题数列中有关项或前n 项和的恒成立问题,往往转化为数列的最值问题;求项或前n 项和的不等关系可以利用不等式的性质或基本不等式求解.(三)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、简单递推数列模型.基本特征如下:等差数列模型:均匀增加或者减少等比数列模型:指数增长或减少,常见的是增产率问题、存款复利问题简单递推数列模型: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{}1 1.2n n n a a a a +满足=-(2)准确解决模型:解模就是根据数列的知识,求数列的通项、数列的和、解方程(组)或者不等式(组)等,在解模时要注意运算准确.(3)给出问题的回答: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.【常考题型剖析】题型一:数列与函数的综合例1.(2021·河南·睢县高级中学高三阶段练习(理))已知数列{}n a 的首项11a =,函数()()41cos221n n f x x a x a +=+-+有唯一零点,则通项n a =( ) A .13n -B .12n -C .21n -D .32n -例2.(2023·全国·高三专题练习)设函数()12ln x f x x -=+,11a =,()*21N 1,23n n a f f n f f n n n n n -⎛⎫=+++⋅ ⎪⋅⋅+∈≥ ⎪⎝⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎭.则数列{}n a 的前n 项和n S =______. 例3.(2017·上海·高考真题)根据预测,某地第n *()n ∈N 个月共享单车的投放量和损失量分别为n a 和n b (单位:辆),其中4515,1310470,4n n n a n n ⎧+≤≤=⎨-+≥⎩,5n b n =+,第n 个月底的共享单车的保有量是前n 个月的累计投放量与累计损失量的差.(1)求该地区第4个月底的共享单车的保有量;(2)已知该地共享单车停放点第n 个月底的单车容纳量24(46)8800n S n =--+(单位:辆). 设在某月底,共享单车保有量达到最大,问该保有量是否超出了此时停放点的单车容纳量?【温馨提醒】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数列的求和、和的最值,利用函数性质或不等式性质求解较为常规. 题型二:数列与不等式的综合例4.(2021·浙江·高考真题)已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,194a =-,且1439n n S S +=-.(1)求数列{}n a 的通项;(2)设数列{}n b 满足*3(4)0()n n b n a n N +-=∈,记{}n b 的前n 项和为n T ,若n n T b λ≤对任意N n *∈恒成立,求实数λ的取值范围.例5.(2021·天津·高考真题)已知{}n a 是公差为2的等差数列,其前8项和为64.{}n b 是公比大于0的等比数列,1324,48b b b =-=. (I )求{}n a 和{}n b 的通项公式;(II )记2*1,n n nc b b n N =+∈,(i )证明{}22nn c c -是等比数列;(ii )证明)*nk n N =∈ 例6.(2021·全国·高考真题(文))设{}n a 是首项为1的等比数列,数列{}n b 满足3nn na b =.已知1a ,23a ,39a 成等差数列.(1)求{}n a 和{}n b 的通项公式;(2)记n S 和n T 分别为{}n a 和{}n b 的前n 项和.证明:2nn S T <. 【温馨提醒】数列与不等式的结合,除应熟练掌握数列的通项公式、求和公式,关于不等式证明、不等式恒成立问题的处理方法亦应灵活运用. 题型三:数列与实际应用问题例7.【多选题】(2022·全国·高三专题练习)参加工作5年的小郭,因工作需要向银行贷款A 万元购买一台小汽车,与银行约定:这A 万元银行贷款分10年还清,贷款的年利率为r ,每年还款数为X 万元,则( )A .()1011ArX r =+- B .小郭第3年还款的现值为()31Xr +万元C .小郭选择的还款方式为“等额本金还款法”D .小郭选择的还款方式为“等额本息还款法”例8.(2021·全国·高三专题练习)某集团公司有一下属企业A 从事一种高科技产品的生产.A 企业第一年年初有资金2000万元,将其投入生产,到当年年底资金增长了40%,预计以后每年资金年增长率与第一年的相同.集团公司要求A 企业从第一年开始,每年年底上缴资金t 万元(800t <),并将剩余资金全部投入下一年生产.设第n 年年底A 企业上缴资金后的剩余资金为n a 万元.则( ) A .22800a t =- B .175n n a a t +=-C .1n n a a +>D .当400t =时,33800a >【总结提升】1.与实际应用相结合的题型也是高考命题的动向,这类问题的特点是通过现实生活的事例考查书本知识,解决这类问题的关键是耐心读题、仔细理解题,只有吃透题意,才能将实际问题转化为数学模型进行解答.2.等比数列最值有关问题的解题思路:求解此类问题的常用思路是根据题目所给条件建立关于变量n 的函数关系进行求解.有时也注意基本不等式的应用.题型四:数列的“新定义”问题例9.(2022·全国·高三专题练习)对于数列{}n a ,定义11222-=+++n n n A a a a 为数列{}n a 的“加权和”,已知某数列{}n a 的“加权和”12n n A n +=⋅,记数列{}+n a pn 的前n 项和为n T ,若5≤n T T 对任意的N n *∈恒成立,则实数p 的取值范围为( ) A .127,53⎡⎤--⎢⎥⎣⎦B .167,73⎡⎤--⎢⎥⎣⎦C .512,25⎡⎤--⎢⎥⎣⎦D .169,74⎡⎤--⎢⎥⎣⎦例10.(2022·江西抚州·高二阶段练习(理))对大于1的自然数m 的三次幂可用奇数进行以下形式的“分裂”:3325⎧⎨⎩,3739,11⎧⎪⎨⎪⎩,3131541719⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩,…仿此,若3m 的“分裂数”中有一个是1111,则m 的值为( ) A .32 B .33 C .34 D .35例11.(2022·河南开封·高二期末(理))若数列{}n a 中不超过()f m 的项数恰为()*,m b n m ∈N ,则称数列{}m b 是数列{}n a 的生成数列,称相应的函数()f m 是数列{}n a 生成{}m b 的控制函数.已知2n n a =,()f m m =,记数列{}m b 的前m 项和为m S ,则63S =( ) A .258B .264C .642D .636例12.(2022·全国·高三专题练习)定义:对于任意一个有穷数列,第一次在其每相邻的两项间都插人这两项的和,得到的新数列称之为一阶和数列,如果在一阶和数列的基础上再在其相邻的两项间插入这两项的和称之为二阶和数列,以此类推可以得到n 阶和数列,如{1,5}的一阶和数列是{1,6,5},设它的n 阶和数列各项和为n S .(1)试求{1,5}的二阶和数列各项和2S 与三阶和数列各项和3S ,并猜想n S 的通项公式(无需证明); (2)若()()311log 3log 33n n n c S S +=--⋅-,求{}n c 的前n 项和n T ,并证明:1126n T -<≤-.【温馨提醒】立足于“转化”,将新定义问题转化成等差数列、等比数列问题求解. 题型五:数列与解析几何例12.(2021·浙江·高考真题)已知,R,0a b ab ∈>,函数()2R ()f x ax b x =+∈.若(),(),()f s t f s f s t -+成等比数列,则平面上点(),s t 的轨迹是( ) A .直线和圆B .直线和椭圆C .直线和双曲线D .直线和抛物线例13.(2017山东,理19)已知{x n }是各项均为正数的等比数列,且x 1+x 2=3,x 3-x 2=2 (Ⅰ)求数列{x n }的通项公式;(Ⅱ)如图,在平面直角坐标系xOy 中,依次连接点P 1(x 1, 1),P 2(x 2, 2)…P n+1(x n+1, n+1)得到折线P 1 P 2…P n+1,求由该折线与直线y=0,11n x x x x +==,所围成的区域的面积.题型六:数列与传统文化例14.(2022·云南师大附中模拟预测(理))《九章算术》是我国秦汉时期一部杰出的数学著作,书中第三章“衰分”有如下问题:“今有大夫、不更、簪裹、上造、公士,凡五人,共出百钱.欲令高爵出少,以次渐多,问各几何?”意思是:“有大夫、不更、簪裏、上造、公士(爵位依次变低)5个人共出100钱,按照爵位从高到低每人所出钱数成递增等差数列,这5个人各出多少钱?”在这个问题中,若不更出17钱,则公士出的钱数为( ) A .10B .14C .23D .26例15.(2022·山东青岛·一模)我国古代数学著作《九章算术》中有如下问题:“今有人持金出五关,前关二税一,次关三而税一,次关四而税一,次关五而税一,次关六而税一,并五关所税,适重一斤.问本持金n T几何?”其意思为“今有人持金出五关,第1关收税金为持金的12,第2关收税金为剩余金的13,第3关收税金为剩余金的14,第4关收税金为剩余金的15,第5关收税金为剩余金的16,5关所收税金之和恰好重1斤.问原来持金多少?”.记这个人原来持金为a 斤,设()101,115,01x x f x x x +>⎧=⎨-<≤⎩,则()f a =( )A .5-B .7C .13D .26例16.(2017·全国·高考真题(理))我国古代数学名著《算法统宗》中有如下问题:“远望巍巍塔七层,红光点点倍加增,共灯三百八十一,请问尖头几盏灯?”意思是:一座7层塔共挂了381盏灯,且相邻两层中的下一层灯数是上一层灯数的2倍,则塔的顶层共有灯( ) A .1盏 B .3盏 C .5盏 D .9盏【总结提升】理解题意,构造数列,应用数列模型解题.专题7.5 数列的综合应用(知识点讲解)【知识框架】【核心素养】1.数列与传统数学文化、实际问题相结合,考查等差、等比数列的基本运算,凸显数学建模的核心素养. 2.数列与新定义问题相结合,考查转化、迁移能力,凸显数学抽象的核心素养.3.数列与函数、不等式、解析几何等相结合,考查学生综合分析解决问题的能力,凸显逻辑推理的核心素养.【知识点展示】(一)数列与函数数列与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,此类问题一般是利用函数的性质、图象研究数列问题;(2)已知数列条件,解决函数问题,解决此类问题一般要充分利用数列的范围、公式、求和方法对式子化简变形.(二)数列与不等式1.数列型不等式的证明常用到“放缩法”,一是在求和中将通项“放缩”为“可求和数列”;二是求和后再“放缩”.放缩法常见的放缩技巧有: (1)1k 2<1k 2-1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1-1k +1.(2)1k -1k +1<1k 2<1k -1-1k . (3)2(n +1-n )<1n<2(n -n -1).2.数列中不等式恒成立的问题数列中有关项或前n 项和的恒成立问题,往往转化为数列的最值问题;求项或前n 项和的不等关系可以利用不等式的性质或基本不等式求解.(三)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、简单递推数列模型.基本特征如下:等差数列模型:均匀增加或者减少等比数列模型:指数增长或减少,常见的是增产率问题、存款复利问题简单递推数列模型: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{}1 1.2n n n a a a a +满足=-(2)准确解决模型:解模就是根据数列的知识,求数列的通项、数列的和、解方程(组)或者不等式(组)等,在解模时要注意运算准确.(3)给出问题的回答: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.【常考题型剖析】题型一:数列与函数的综合例1.(2021·河南·睢县高级中学高三阶段练习(理))已知数列{}n a 的首项11a =,函数()()41cos221n n f x x a x a +=+-+有唯一零点,则通项n a =( ) A .13n - B .12n -C .21n -D .32n -【答案】C 【解析】 【分析】由奇偶性定义可判断出()f x 为偶函数,由此可确定唯一零点为0x =,从而得到递推关系式;利用递推关系式可证得数列{}1n a +为等比数列,由等比数列通项公式可推导得到n a . 【详解】()()()()()()4411cos 221cos221n n n n f x x a x a x a x a f x ++-=-+--+=+-+=,()f x ∴为偶函数,图象关于y 轴对称,()f x ∴的零点关于y 轴对称,又()f x 有唯一零点,()f x ∴的零点为0x =,即()()10210n n f a a +=-+=,121n n a a +∴=+,即()1121n n a a ++=+,又112a +=,∴数列{}1n a +是以2为首项,2为公比的等比数列,12n n a ∴+=,则21n n a =-.故选:C. 【点睛】关键点点睛:本题考查函数与数列的综合应用问题;解题关键是能够根据奇偶性的性质确定函数的唯一零点为0x =,从而结合零点确定数列的递推关系式,由递推关系式证得数列{}1n a +为等比数列. 例2.(2023·全国·高三专题练习)设函数()12ln x f x x -=+,11a =,()*21N 1,23n n a f f n f f n n n n n -⎛⎫=+++⋅ ⎪⋅⋅+∈≥ ⎪⎝⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎭.则数列{}n a 的前n 项和n S =______. 【答案】2n n 1-+ 【解析】 【分析】由题设11()()4n f f n n-+=,讨论n 的奇偶性求{}n a 的通项公式,再求n S . 【详解】由题设,111()()4ln(1)ln 41n f f n n n n -+=+-+=-, 所以()()**14121,2,N 221421,21,N 2n n f n n k k a n n n k k ⎧⎛⎫⎛⎫⨯-+=-=∈ ⎪ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭=⎨-⎪⨯=-=+∈⎪⎩,即2(1)n a n =-且n ≥ 2, 当1n =时,11S =,当2n ≥时,21242(1)1n S n n n =+++⋅⋅⋅+-=+-,所以21n S n n =-+,n *∈N故答案为:2n n 1-+.例3.(2017·上海·高考真题)根据预测,某地第n *()n ∈N 个月共享单车的投放量和损失量分别为n a 和n b (单位:辆),其中4515,1310470,4n n n a n n ⎧+≤≤=⎨-+≥⎩,5n b n =+,第n 个月底的共享单车的保有量是前n 个月的累计投放量与累计损失量的差.(1)求该地区第4个月底的共享单车的保有量;(2)已知该地共享单车停放点第n 个月底的单车容纳量24(46)8800n S n =--+(单位:辆). 设在某月底,共享单车保有量达到最大,问该保有量是否超出了此时停放点的单车容纳量? 【答案】(1)935;(2)见解析. 【解析】 【详解】试题分析:(1)计算{}n a 和{}n b 的前4项和的差即可得出答案;(2)令n n a b ≥得出42n ≤,再计算第42个月底的保有量和容纳量即可得出结论. 试题分析:(1)()()1234123496530935a a a a b b b b +++-+++=-=(2)10470542n n n -+>+⇒≤,即第42个月底,保有量达到最大()()()()12341234420503864742965878222a a a ab b b b ⎡⎤+⨯+⨯+++⋅⋅⋅+-+++⋅⋅⋅+=+-=⎢⎥⎣⎦()2424424688008736S =--+=,∴此时保有量超过了容纳量.【温馨提醒】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数列的求和、和的最值,利用函数性质或不等式性质求解较为常规. 题型二:数列与不等式的综合例4.(2021·浙江·高考真题)已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,194a =-,且1439n n S S +=-.(1)求数列{}n a 的通项;(2)设数列{}n b 满足*3(4)0()n n b n a n N +-=∈,记{}n b 的前n 项和为n T ,若n n T b λ≤对任意N n *∈恒成立,求实数λ的取值范围.【答案】(1)33()4nn a =-⋅;(2)31λ-≤≤.【解析】【分析】(1)由1439n n S S +=-,结合n S 与n a 的关系,分1,2n n =≥讨论,得到数列{}n a 为等比数列,即可得出结论;(2)由3(4)0n n b n a +-=结合(1)的结论,利用错位相减法求出n T ,n n T b λ≤对任意N n *∈恒成立,分类讨论分离参数λ,转化为λ与关于n 的函数的范围关系,即可求解. 【详解】(1)当1n =时,1214()39a a a +=-,229272749,4416a a =-=-∴=-, 当2n ≥时,由1439n n S S +=-①, 得1439n n S S -=-②,①-②得143n n a a += 122730,0,164n n n a a a a +=-≠∴≠∴=, 又213,{}4n a a a =∴是首项为94-,公比为34的等比数列, 1933()3()444n n n a -∴=-⋅=-⋅;(2)由3(4)0n n b n a +-=,得43(4)()34n n n n b a n -=-=-, 所以234333333210(4)44444nn T n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-⨯-⨯-⨯⨯++-⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎝+⎭⎭,2413333333321(5)(4)444444nn n T n n +⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-⨯-⨯-⨯++-⋅+-⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭,两式相减得234113333333(4)4444444nn n T n +⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-⨯++++--⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭1193116493(4)34414n n n -+⎡⎤⎛⎫-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎛⎫⎣⎦=-+-- ⎪⎝⎭-111993334(4)44444n n n n n +++⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+---⋅=-⋅ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭, 所以134()4n n T n +=-⋅,由n n T b λ≤得1334()(4)()44n nn n λ+-⋅≤-⋅恒成立,即(4)30n n λ-+≥恒成立,4n =时不等式恒成立;4n <时,312344n n n λ≤-=----,得1λ≤; 4n >时,312344n n n λ≥-=----,得3λ≥-; 所以31λ-≤≤.【点睛】易错点点睛:(1)已知n S 求n a 不要忽略1n =情况;(2)恒成立分离参数时,要注意变量的正负零讨论,如(2)中(4)30n n λ-+≥恒成立,要对40,40,40n n n -=->-<讨论,还要注意40n -<时,分离参数不等式要变号.例5.(2021·天津·高考真题)已知{}n a 是公差为2的等差数列,其前8项和为64.{}n b 是公比大于0的等比数列,1324,48b b b =-=. (I )求{}n a 和{}n b 的通项公式;(II )记2*1,n n nc b b n N =+∈,(i )证明{}22nn c c -是等比数列;(ii )证明)*nk n N =∈ 【答案】(I )21,n a n n N *=-∈,4,n n N b n *=∈;(II )(i )证明见解析;(ii )证明见解析.【解析】 【分析】(I )由等差数列的求和公式运算可得{}n a 的通项,由等比数列的通项公式运算可得{}n b 的通项公式;(II )(i )运算可得2224nn n c c =⋅-,结合等比数列的定义即可得证;(ii )放缩得21222422n n n n n a n c a c +<-⋅,进而可得112n n k k k-==,结合错位相减法即可得证. 【详解】(I )因为{}n a 是公差为2的等差数列,其前8项和为64. 所以12818782642a a a a ⨯++⋅⋅⋅+=+⨯=,所以11a =, 所以()12121,n n n n N a a *=+-=-∈;设等比数列{}n b 的公比为(),0q q >,所以()221321484q b b b q q b q ==-=--,解得4q =(负值舍去), 所以114,n n n b q n N b -*==∈;(II )(i )由题意,221441n n nn n b c b =++=,所以22224211442444n n nn nnn c c ⎛⎫⎛⎫=+-+=⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭-,所以220nn c c ≠-,且212222124424n n n n nn c c c c +++⋅==⋅--, 所以数列{}22nn c c -是等比数列; (ii )由题意知,()()22122222121414242222n n n n n n n n n a n n c c a +-+-==<-⋅⋅⋅,12n n-,所以112nn k k k k-==, 设10121112322222nn k n k k nT --===+++⋅⋅⋅+∑, 则123112322222n n n T =+++⋅⋅⋅+, 两式相减得21111111122121222222212nn n n nn n n n T -⎛⎫⋅- ⎪+⎝⎭=+++⋅⋅⋅+-=-=--, 所以1242n n n T -+=-,所以1112422nn k n k k n --==+⎫-<⎪⎭ 例6.(2021·全国·高考真题(文))设{}n a 是首项为1的等比数列,数列{}n b 满足3nn na b =.已知1a ,23a ,39a 成等差数列.(1)求{}n a 和{}n b 的通项公式;(2)记n S 和n T 分别为{}n a 和{}n b 的前n 项和.证明:2nn S T <. 【答案】(1)11()3n n a -=,3n nn b =;(2)证明见解析. 【解析】 【分析】(1)利用等差数列的性质及1a 得到29610q q -+=,解方程即可;(2)利用公式法、错位相减法分别求出,n n S T ,再作差比较即可. 【详解】(1)因为{}n a 是首项为1的等比数列且1a ,23a ,39a 成等差数列,所以21369a a a =+,所以211169a q a a q =+,即29610q q -+=,解得13q =,所以11()3n n a -=,所以33n n n na nb ==. (2)[方法一]:作差后利用错位相减法求和211213333n n n n nT --=++++,012111111223333-⎛⎫=++++ ⎪⎝⎭n n S , 230121123111112333323333n n n n S n T -⎛⎫⎛⎫-=++++-++++= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭012111012222333---++++111233---+n nn n .设0121111101212222Γ3333------=++++n n n , ⑧ 则1231111012112222Γ33333-----=++++n nn . ⑨由⑧-⑨得1121113312111113322Γ13233332313--⎛⎫--- ⎪⎛⎫⎝⎭=-++++-=-+- ⎪⎝⎭-n n n n n n n . 所以211312Γ432323----=--=-⨯⨯⨯n n n n n n . 因此10232323--=-=-<⨯⨯n n n n nS n n nT . 故2nn S T <. [方法二]【最优解】:公式法和错位相减求和法证明:由(1)可得11(1)313(1)12313n n n S ⨯-==--, 211213333n n nn n T --=++++,①231112133333n n n n nT +-=++++,② ①-②得23121111333333n n n n T +=++++- 1111(1)1133(1)1323313n n n n n n ++-=-=---,所以31(1)4323n n nnT =--⋅,所以2n n S T -=3131(1)(1)043234323n n n nn n ----=-<⋅⋅,所以2nn S T <. [方法三]:构造裂项法由(Ⅰ)知13⎛⎫= ⎪⎝⎭n n b n ,令1()3αβ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭n n c n ,且1+=-n n n b c c ,即1111()[(1)]333αβαβ+⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭n n n n n n ,通过等式左右两边系数比对易得33,24αβ==,所以331243nn c n ⎛⎫⎛⎫=+⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭.则12113314423nn n n n T b b b c c +⎛⎫⎛⎫=+++=-=-+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭,下同方法二.[方法四]:导函数法 设()231()1-=++++=-n nx x f x x x x x x,由于()()()()()()1221'111'11(1)'1(1)1n n n n nx x x x x x x x nx n x x x x +⎡⎤⎡⎤⎡⎤----⨯--+-+⎣⎦⎣⎦⎢⎥==---⎢⎥⎣⎦, 则12121(1)()123(1)+-+-+=++++='-n nn nx n x f x x x nxx .又1111333-⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭n n n b n n ,所以2112311111233333n n n T b b b b n -⎡⎤⎛⎫⎛⎫=++++=+⨯+⨯++⋅=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦12111(1)11133333113n nn n f +⎛⎫⎛⎫+-+ ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭⎝⎭⋅=⨯ ⎪⎝⎭⎛⎫- ⎪⎝⎭'13113311(1)4334423n nnn n n +⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-+=-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦,下同方法二. 【整体点评】本题主要考查数列的求和,涉及到等差数列的性质,错位相减法求数列的和,考查学生的数学运算能力,是一道中档题,其中证明不等式时采用作差法,或者作商法要根据式子得结构类型灵活选择,关键是要看如何消项化简的更为简洁.(2)的方法一直接作差后利用错位相减法求其部分和,进而证得结论;方法二根据数列的不同特点,分别利用公式法和错位相减法求得,n n S T ,然后证得结论,为最优解;方法三采用构造数列裂项求和的方法,关键是构造1()3αβ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭nn c n ,使1+=-n n n b c c ,求得n T 的表达式,这是错位相减法的一种替代方法,方法四利用导数方法求和,也是代替错位相减求和法的一种方法. 【温馨提醒】数列与不等式的结合,除应熟练掌握数列的通项公式、求和公式,关于不等式证明、不等式恒成立问题的处理方法亦应灵活运用. 题型三:数列与实际应用问题例7.【多选题】(2022·全国·高三专题练习)参加工作5年的小郭,因工作需要向银行贷款A 万元购买一台小汽车,与银行约定:这A 万元银行贷款分10年还清,贷款的年利率为r ,每年还款数为X 万元,则( ) A .()1011ArX r =+- B .小郭第3年还款的现值为()31Xr +万元C .小郭选择的还款方式为“等额本金还款法”D .小郭选择的还款方式为“等额本息还款法” 【答案】BD 【解析】 【分析】因为小郭每年还款钱数相等,所以小郭选择为“等额本息还款法”,所以利用等比数列前n 项和公式求出X ,再设小郭第3年还款的现值为y ,根据复利规则求出y . 【详解】解:小郭与银行约定,每年还一次欠款,并且每年还款的钱数都相等,∴小郭靖选择的还款方式为“等额本息还款法”,故D 正确,C 错误, 设每年应还X 元,还款10次,则该人10年还款的现金与利息和为29[1(1)(1)(1)]X r r r +++++⋯++, 银行贷款A 元10年后的本利和为10(1)A r +.2910[1(1)(1)(1)](1)X r r r A r ∴+++++⋯++=+, ∴10101[1(1)](1)1(1)r X A r r ⨯-+⋅=+-+, 即1010(1)(1)1Ar r X r +=+-,故A 错误.设小郭第三年还款的现值为y ,则3(1)y r X ⋅+=,所以()31Xy r =+,故B 正确;例8.(2021·全国·高三专题练习)某集团公司有一下属企业A 从事一种高科技产品的生产.A 企业第一年年初有资金2000万元,将其投入生产,到当年年底资金增长了40%,预计以后每年资金年增长率与第一年的相同.集团公司要求A 企业从第一年开始,每年年底上缴资金t 万元(800t <),并将剩余资金全部投入下一年生产.设第n 年年底A 企业上缴资金后的剩余资金为n a 万元.则( ) A .22800a t =- B .175n n a a t +=-C .1n n a a +>D .当400t =时,33800a >【答案】BC 【解析】先求得第一年年底剩余资金1a ,第二年底剩余资金2a ,即可判断A 的正误;分析总结,可得1n a +与n a 的关系,即可判断B 的正误;根据题意,求得n a 的表达式,利用作差法即可比较1n a +与n a 的大小,即可判断C 的正误,代入400t =,即可求得3a ,即可判断D 的正误,即可得答案. 【详解】第一年年底剩余资金12000(140%)2800a t t =⨯+-=-,第二年底剩余资金211712(140%)392055a a t a t t =⨯+-=-=-,故A 错误;第三年底剩余资金3227109(140%)5488525t a a t a t =⨯+-=-=-,⋅⋅⋅ 所以第n +1年年底剩余资金为17(140%)5n n n a a t a t +=⨯+-=-,故B 正确;因为212277777()()55555n n n n a a t a t t a t t ---=-=--=--12217777()[1()()]5555n n a t --=-+++⋅⋅⋅+117[1()]75()(2800)7515n n t t ---=---=11757()(2800)[()1]525n n t t -----=1775()(2800)522n t t --+,所以111722775277[()(2800)]()(2800)555522552n n n n n n n t t t a a a t a a t t --+-=--=-=-+-=-, 因为800t <,所以7280002t->, 所以11277()(2800)0552n n n ta a -+-=->,即1n n a a +>,故C 正确;当400t =时,310910940054885488374438002525t a ⨯=-=-=<,故D 错误;【总结提升】1.与实际应用相结合的题型也是高考命题的动向,这类问题的特点是通过现实生活的事例考查书本知识,解决这类问题的关键是耐心读题、仔细理解题,只有吃透题意,才能将实际问题转化为数学模型进行解答.2.等比数列最值有关问题的解题思路:求解此类问题的常用思路是根据题目所给条件建立关于变量n 的函数关系进行求解.有时也注意基本不等式的应用.题型四:数列的“新定义”问题例9.(2022·全国·高三专题练习)对于数列{}n a ,定义11222-=+++n n n A a a a 为数列{}n a 的“加权和”,已知某数列{}n a 的“加权和”12n n A n +=⋅,记数列{}+n a pn 的前n 项和为n T ,若5≤n T T 对任意的N n *∈恒成立,则实数p 的取值范围为( ) A .127,53⎡⎤--⎢⎥⎣⎦B .167,73⎡⎤--⎢⎥⎣⎦C .512,25⎡⎤--⎢⎥⎣⎦D .169,74⎡⎤--⎢⎥⎣⎦【答案】A 【解析】 【分析】根据n A 与n a 的关系求出n a ,再根据等差数列的求和公式求出n T ,将5≤n T T 化为216(5)06+⎛⎫-+≤ ⎪+⎝⎭n n p n 对任意的n *∈N 恒成立,分类讨论n 可求出结果. 【详解】 由1112222n n n n A a a a n -+=+++=⋅,∴2n ≥时,212122(1)2n n n a a a n --+++=-⋅,∴1122(1)2-+⋅=⋅--⋅n n n n a n n ,∴22n a n =+,1n =时,14a =也成立,∴22n a n =+,∴数列{}+n a pn 的前n 项和为:12(12)n n T a a a p n =+++++++2(422)(1)(1)3222++++=+⋅=++⋅n n n n n n p n n p ,∵5≤n T T 对任意的n *∈N 恒成立,∴225(1)56353522+⨯++⋅≤=+⨯+⨯n n n n p T p , 即225335(1)5(51)022p pn n n n -+-⨯++-⨯⨯+≤, 即22225335(5)(5)022p p n n n n -+-⨯+-+-≤,即5(5)(53)0222pn p p n n -+++++≤, 即(6)(5)(8)02p n n n +-++≤, 即216(5)06+⎛⎫-+≤ ⎪+⎝⎭n n p n 对任意的n *∈N 恒成立,当14n ≤≤时,2164266+-≤=+++n p n n 对任意的n *∈N 恒成立, 因为4412226465n +≥+=++,∴125-≤p ,所以125p ≥-,当5n =时,216(5)06n n p n +⎛⎫-+= ⎪+⎝⎭恒成立,R p ∈,当6n ≥时,2164266+-≥=+++n p n n 对任意的n *∈N 恒成立, 因为447226663n +≤+=++,∴73-≥p ,所以73p ≤-,综上可得:实数p 的取值范围为127,53⎡⎤--⎢⎥⎣⎦.故选:A .例10.(2022·江西抚州·高二阶段练习(理))对大于1的自然数m 的三次幂可用奇数进行以下形式的“分裂”:3325⎧⎨⎩,3739,11⎧⎪⎨⎪⎩,3131541719⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩,…仿此,若3m 的“分裂数”中有一个是1111,则m 的值为( ) A .32B .33C .34D .35【答案】B 【解析】 【分析】根据分裂数的定义,求出从32到()31m -、从32到3m 分裂数个数,再根据所有分裂数成等差数列求出1111对应的位置,进而根据不等式求m 值. 【详解】由题意,对于332,...,m ,它们依次对应2、3、…、m 个分裂数,则从32到()31m -各分裂数个数的和为(2)(1)2m m -+,从32到3m 各分裂数个数和为(1)(2)2m m -+,又332,...,m 的分裂数{}n a ,构成首项为3,公差为2的等差数列,所以21n a n =+,令211111n +=,可得555n =,所以(2)(1)(1)(2)55522m m m m -+-+<≤,当32m =时,(1)(2)5275552m m -+=<不符合; 当33m =时,(1)(2)5605552m m -+=>,(2)(1)5275552m m -+=<符合; 当34m =时,(2)(1)5605552m m -+=>不符合; 综上,33m =. 故选:B例11.(2022·河南开封·高二期末(理))若数列{}n a 中不超过()f m 的项数恰为()*,m b n m ∈N ,则称数列{}m b 是数列{}n a 的生成数列,称相应的函数()f m 是数列{}n a 生成{}m b 的控制函数.已知2n n a =,()f m m =,记数列{}m b 的前m 项和为m S ,则63S =( ) A .258 B .264 C .642 D .636【答案】A 【解析】 【分析】分析可知对任意的N k *∈,当)12,2k k m +⎡∈⎣,满足2nn a m =≤的项数为k ,即m b k =,满足条件的m 的个数为1222k k k +-=,进而可求得63S 的值.【详解】因为562632<<,由题中定义,对任意的N k *∈,当)12,2k k m +⎡∈⎣, 满足2nn a m =≤的项数为k ,即m b k =,满足条件的m 的个数为1222k k k +-=,当1m =时,0m b =,当)122,2m ⎡∈⎣时,1m b =,此时满足条件的m 的个数为12,当)232,2m ⎡∈⎣时,2m b =,此时满足条件的m 的个数为22,当)562,2m ⎡∈⎣时,5m b =,此时满足条件的m 的个数为52, 因此,01234563021222324252258S =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=.故选:A.例12.(2022·全国·高三专题练习)定义:对于任意一个有穷数列,第一次在其每相邻的两项间都插人这两项的和,得到的新数列称之为一阶和数列,如果在一阶和数列的基础上再在其相邻的两项间插入这两项的和称之为二阶和数列,以此类推可以得到n 阶和数列,如{1,5}的一阶和数列是{1,6,5},设它的n 阶和数列各项和为n S .(1)试求{1,5}的二阶和数列各项和2S 与三阶和数列各项和3S ,并猜想n S 的通项公式(无需证明);(2)若()()311log 3log 33n n n c S S +=--⋅-,求{}n c 的前n 项和n T ,并证明:1126n T -<≤-. 【答案】(1)21263=+⨯S ,()12312633=+⨯+S ,133n n S +=+ (2)1122=-+n T n ,证明见解析 【解析】【分析】(1)根据定义求出{1,5}的二阶和数列各项和2S 与三阶和数列各项和3S ,由此归纳出n S ,(2)由(1)化简n c ,再由裂项相消法求其前n 项和,并完成证明.(1)由题意得,116512S =++=,217611512181263S =++++=+=+⨯,()2123187136171116512185412636312633S =++++++++=++=+⨯+⨯=+⨯+,41981572013196231728112716215S =++++++++++++++++121854162=+++2312636363=+⨯+⨯+⨯()123126333=+⨯++, …()12311263333(1)n n S n -=+⨯++++≥,由等比数列的前n 项和公式可得,()113131263313n n n S -+-=+⨯=+-, 所以{}n S 的通项公式133n n S +=+.(2)由于133n n S +=+,所以()()33111111log 3log 31221n n n c S S n n n n +⎛⎫=-=--=- ⎪-⋅-++++⎝⎭, 则1111111132432122n T n n n =-+-++-=-+++, 因为n *∈N ,所以102n >+,所以111222n ->-+, 又n T 随n 的增大而减小,所以当1n =时,n T 取得最大值16-,故1126n T -<≤-. 【温馨提醒】立足于“转化”,将新定义问题转化成等差数列、等比数列问题求解.题型五:数列与解析几何例12.(2021·浙江·高考真题)已知,R,0a b ab ∈>,函数()2R ()f x ax b x =+∈.若(),(),()f s t f s f s t -+成等比数列,则平面上点(),s t 的轨迹是( )A .直线和圆B .直线和椭圆C .直线和双曲线D .直线和抛物线【答案】C 【解析】【分析】首先利用等比数列得到等式,然后对所得的等式进行恒等变形即可确定其轨迹方程.【详解】由题意得2()()[()]f s t f s t f s -+=,即()2222()()a s t b a s t b as b ⎡⎤⎡⎤-+++=+⎣⎦⎣⎦, 对其进行整理变形:()()()22222222asat ast b as at ast b as b +-++++=+, ()()222222(2)0as at b ast as b++--+=, ()2222222240as at b at a s t ++-=, 222242220a s t a t abt -++=,所以22220as at b -++=或0=t ,其中2212s t b b a a-=为双曲线,0=t 为直线.故选:C.例13.(2017山东,理19)已知{x n }是各项均为正数的等比数列,且x 1+x 2=3,x 3-x 2=2(Ⅰ)求数列{x n }的通项公式;(Ⅱ)如图,在平面直角坐标系xOy 中,依次连接点P 1(x 1, 1),P 2(x 2, 2)…P n+1(x n+1, n+1)得到折线P 1 P 2…P n+1,求由该折线与直线y=0,11n x x x x +==,所围成的区域的面积.【答案】(I)(II )(II )过……向轴作垂线,垂足分别为……, 由(I)得记梯形的面积为.由题意, 所以 ……+n T 12.n n x -=(21)21.2n n n T -⨯+=123,,,P P P 1n P +x 123,,,Q Q Q 1n Q +111222.n n n n n x x --+-=-=11n n n n P P Q Q ++n b 12(1)2(21)22n n n n n b n --++=⨯=+⨯123n T b b b =+++n b=……+ ①又……+ ②①-②得= 所以题型六:数列与传统文化 例14.(2022·云南师大附中模拟预测(理))《九章算术》是我国秦汉时期一部杰出的数学著作,书中第三章“衰分”有如下问题:“今有大夫、不更、簪裹、上造、公士,凡五人,共出百钱.欲令高爵出少,以次渐多,问各几何”意思是:“有大夫、不更、簪裏、上造、公士(爵位依次变低)5个人共出100钱,按照爵位从高到低每人所出钱数成递增等差数列,这5个人各出多少钱?”在这个问题中,若不更出17钱,则公士出的钱数为( )A .10B .14C .23D .26【答案】D【解析】【分析】设大夫、不更、簪裹、上造、公士所出的钱数依次构成等差数列{}n a ,根据217a =,前5项和为100求解.【详解】解:设大夫、不更、簪裹、上造、公士所出的钱数依次排成一列,构成数列{}n a .由题意可知,等差数列{}n a 中217a =,前5项和为100,设公差为(0)d d >,前n 项和为n S ,则535100S a ==,解得320a =,所以323d a a , 所以公士出的钱数为532202326a a d =+=+⨯=,故选:D .例15.(2022·山东青岛·一模)我国古代数学著作《九章算术》中有如下问题:“今有人持金出五关,前关二税一,次关三而税一,次关四而税一,次关五而税一,次关六而税一,并五关所税,适重一斤.问本持金101325272-⨯+⨯+⨯+32(21)2(21)2n n n n ---⨯++⨯0122325272n T =⨯+⨯+⨯+21(21)2(21)2n n n n ---⨯++⨯121132(22......2)(21)2n n n T n ----=⨯++++-+⨯1132(12)(21)2.212n n n ---+-+⨯-(21)21.2n n n T -⨯+=几何?”其意思为“今有人持金出五关,第1关收税金为持金的12,第2关收税金为剩余金的13,第3关收税金为剩余金的14,第4关收税金为剩余金的15,第5关收税金为剩余金的16,5关所收税金之和恰好重1斤.问原来持金多少?”.记这个人原来持金为a 斤,设()101,115,01x x f x x x +>⎧=⎨-<≤⎩,则()f a =( ) A .5-B .7C .13D .26【答案】C 【解析】【分析】 根据题意求得每次收的税金,结合题意得到111111223344556a a a a a ++++=⨯⨯⨯⨯,求得a 的值,代入函数的解析式,即可求解.【详解】由题意知:这个人原来持金为a 斤,第1关收税金为:12a 斤;第2关收税金为111(1)3223a a ⋅-⋅=⋅⨯斤; 第3关收税金为1111(1)42634a a ⋅--⋅=⋅⨯斤, 以此类推可得的,第4关收税金为145a ⋅⨯斤,第5关收税金为156a ⋅⨯斤, 所以111111223344556a a a a a ++++=⨯⨯⨯⨯, 即1111111111(1)(1)12233445566a a -+-+-+-+-⋅=-⋅=,解得65a =, 又由()101,115,01x x f x x x +>⎧=⎨-<≤⎩,所以66()1011355f =⨯+=. 故选:C.例16.(2017·全国·高考真题(理))我国古代数学名著《算法统宗》中有如下问题:“远望巍巍塔七层,红光点点倍加增,共灯三百八十一,请问尖头几盏灯?”意思是:一座7层塔共挂了381盏灯,且相邻两层中的下一层灯数是上一层灯数的2倍,则塔的顶层共有灯( )A .1盏B .3盏C .5盏D .9盏【答案】B【解析】【详解】。
高中数学数列综合运用专题讲解

数列的综合应用考纲解读 1.以等差、等比数列为基础的混合问题;2.以等差、等比数列为模型的实际应用问题;3.数列与函数、不等式的综合问题.考点一 等差、等比数列的综合问题|方法突破[例1] 已知{a n }是等差数列,{b n }是等比数列,且b 2=3,b 3=9,a 1=b 1,a 14=b 4.(1)求{a n }的通项公式;(2)设c n =a n +b n ,求数列{c n }的前n 项和.[解析] (1)等比数列{b n }的公比q =b 3b 2=93=3, 所以b 1=b 2q=1,b 4=b 3q =27. 所以b n =3n -1(n =1,2,3,…).设等差数列{a n }的公差为d .因为a 1=b 1=1,a 14=b 4=27,所以1+13d =27,即d =2.所以a n =2n -1(n =1,2,3,…).(2)由(1)知,a n =2n -1,b n =3n -1,因此c n =a n +b n =2n -1+3n -1.从而数列{c n }的前n 项和S n =1+3+…+(2n -1)+1+3+…+3n -1=n (1+2n -1)2+1-3n1-3=n 2+3n -12. [方法提升][跟踪训练]1.(2018·贵州七校联考)已知{a n }是等差数列,{b n }是等比数列,S n 为数列{a n }的前n 项和,a 1=b 1=1,且b 3S 3=36,b 2S 2=8(n ∈N *).(1)求a n 和b n ;(2)若a n <a n +1,求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n a n +1的前n 项和T n . 解析:(1)由题意得⎩⎪⎨⎪⎧q 2(3+3d )=36,q (2+d )=8, 解得⎩⎪⎨⎪⎧ d =2q =2或⎩⎪⎨⎪⎧d =-23,q =6, ∴⎩⎪⎨⎪⎧ a n =2n -1,b n =2n -1,或⎩⎪⎨⎪⎧ a n =13(5-2n ),b n =6n -1.(2)若a n <a n +1,由(1)知a n =2n -1,∴1a n a n +1=1(2n -1)(2n +1)=12⎝⎛⎭⎫12n -1-12n +1, ∴T n =12⎝⎛⎭⎫1-13+13-15+…+12n -1-12n +1 =n 2n +1. 2.(2017·保定调研)在等差数列{a n }中,a 2=4,其前n 项和S n 满足S n =n 2+λn (λ∈R ).(1)求实数λ的值,并求数列{a n }的通项公式;(2)若数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n +b n 是首项为λ,公比为2λ的等比数列,求数列{b n }的前n 项和T n . 解析:(1)设等差数列{a n }的公差为d ,∵a 2=S 2-S 1=(4+2λ)-(1+λ)=3+λ,∴3+λ=4,∴λ=1.∴a 1=S 1=12+1×1=2,∴d =a 2-a 1=2,∴a n =a 1+(n -1)d =2+(n -1)·2=2n .(2)由(1)知λ=1,∴1S n+b n =1×2n -1=2n -1, ∴b n =2n -1-1n (n +1)=2n -1-⎝⎛⎭⎫1n -1n +1,∴T n =(1+21+…+2n -1)-⎣⎡⎝⎛⎭⎫1-12+ ⎝⎛⎭⎫12-13⎦⎤+…+⎝⎛⎭⎫1n -1n +1 =1-2n 1-2-⎝⎛⎭⎫1-1n +1=2n -2n +1n +1.考点二 数列与函数的综合|方法突破[例2] (2018·桂林模拟)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)证明:数列{b n }为等比数列;(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 n b 2n }的前n 项和S n .[解析] (1)证明:由已知,b n =2a n >0.当n ≥1时,b n +1b n=2a n +1-a n =2d . 所以数列{b n }是首项为2a 1,公比为2d 的等比数列.(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,a 2-1ln 2=2-1ln 2, 解得a 2=2.所以d =a 2-a 1=1,a n =n ,b n =2n ,a n b 2n =n ·4n . 于是S n =1×4+2×42+3×43+…+(n -1)·4n -1+n ·4n ,4S n =1×42+2×43+…+(n -1)·4n +n ·4n +1.因此S n -4S n =4+42+…+4n -n ·4n +1=4n +1-43-n ·4n +1=(1-3n )4n +1-43. 所以S n =4-(1-3n )·4n +19. [方法提升][跟踪训练]设f (x )=x a (x +2),且f (x )=x 有唯一解,f (x 1)=11 003,x n +1=f (x n )(n ∈N *). (1)求实数a 的值;(2)求数列{x n }的通项公式;(3)若a n =4x n -4 009,数列b 1,b 2-b 1,b 3-b 2,…,b n -b n -1是首项为1,公比为13的等比数列,记c n =a n b n ,求数列{c n }的前n 项和S n .解析:(1)由题意知x a (x +2)=x 有唯一解, ∴方程ax 2+(2a -1)x =0有唯一解,∴a =12. (2)由已知得x n +1=2x n x n +2, ∴1x n +1=1x n +12, 又f (x 1)=11 003,即1x 1=2 0052, ∴1x n =1x 1+12(n -1)=n +2 0042, ∴x n =2n +2 004. (3)由(2)可得a n =2n -1,又b n =b 1+(b 2-b 1)+…+(b n -b n -1)=32⎝⎛⎭⎫1-13n , ∴c n =a n b n =32⎝⎛⎭⎫2n -1-2n -13n , ∵数列{2n -1}的前n 项和T 1=1+3+5+…+2n -1=n 2,数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫2n -13n 的前n 项和T 2=13+332+…+2n -13n =1-n +13n , ∴S n =32⎝⎛⎭⎫n 2-1+n +13n . 考点三 数列与不等式的综合|方法突破[例3] (1)设等比数列{a n }的公比为q ,前n 项和S n >0(n =1,2,3,…).则q 的取值范围为________.(2)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,a 3=5,S 8=64.①求数列{a n }的通项公式;②证明:1S n -1+1S n +1>2S n(n ≥2,n ∈N ). [解析] (1)因为{a n }为等比数列,S n >0,可以得到a 1=S 1>0,q ≠0,当q =1时,S n =na 1>0,当q ≠1时,S n =a 1(1-q n )1-q>0, 即1-q n1-q>0(n =1,2,3,…), 上式等价于不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ 1-q <0,1-q n <0,(n =1,2,3,…),① 或⎩⎪⎨⎪⎧1-q >0,1-q n >0,(n =1,2,3,…).② 解①式得q >1,解②式,由于n 可为奇数,可为偶数,得-1<q <1.综上,q 的取值范围是(-1,0)∪(0,+∞).(2)①设等差数列{a n }的首项为a 1,公差为d ,则⎩⎪⎨⎪⎧a 3=a 1+2d =5,S 8=8a 1+28d =64,解得a 1=1,d =2. 故数列{a n }的通项公式为a n =2n -1.②证明:由①可知S n =n 2,要证原不等式成立,只需证1(n -1)2+1(n +1)2>2n 2, 只需证[(n +1)2+(n -1)2]n 2>2(n 2-1)2,只需证(n 2+1)n 2>(n 2-1)2,只需证3n 2>1,而3n 2>1在n ≥1,n ∈N *时恒成立,并且以上每步均可逆.从而不等式1S n -1+1S n +1>2S n恒成立. [答案] (1)(-1,0)∪(0,+∞)[方法提升][跟踪训练]等差数列{a n }的前n 项和为S n ,且满足a 1+a 7=-9,S 9=-992. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =12S n ,数列{b n }的前n 项和为T n ,求证:T n >-34. 解析:(1)设数列{a n }的公差为d ,则由已知条件可得⎩⎪⎨⎪⎧ 2a 1+6d =-9,9a 1+36d =-992, 解得⎩⎪⎨⎪⎧ a 1=-32,d =-1.所以a n =-2n +12. (2)证明:由(1)可知S n =-n (n +2)2. 故b n =-1n (n +2)=-12(1n -1n +2), T n =-12⎣⎡⎝⎛⎭⎫1+12+13+…+1n - ⎦⎤⎝⎛⎭⎫13+14+15+…+1n +2 =-12⎝⎛⎭⎫32-1n +1-1n +2 又因为32-1n +1-1n +2<32, 所以T n >-34.1.[考点一](2017·高考北京卷改编)若等差数列{a n }和等比数列{b n }满足a 1=b 1=-1,a 4=b 4=8,求a 2b 2. 解析:设等差数列{a n }的公差为d ,等比数列{b n }的公比为q ,则由a 4=a 1+3d ,得d =a 4-a 13=8-(-1)3=3, 由b 4=b 1q 3得q 3=b 4b 1=8-1=-8,∴q =-2. ∴a 2b 2=a 1+d b 1q =-1+3-1×(-2)=1. 2.[考点一](2017·高考全国卷Ⅱ)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=2.(1)若a 3+b 3=5,求{b n }的通项公式;(2)若T 3=21,求S 3.解析: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=2得d +q =3. ①(1)由a 3+b 3=5得2d +q 2=6. ②联立①和②解得⎩⎪⎨⎪⎧ d =3,q =0(舍去),⎩⎪⎨⎪⎧d =1,q =2. 因此{b n }的通项公式为b n =2n -1.(2)由b 1=1,T 3=21得q 2+q -20=0, 解得q =-5或q =4.当q =-5时,由①得d =8,则S 3=21. 当q =4时,由①得d =-1,则S 3=-6.。
高三理科数学培养讲义:第2部分_专题2_第4讲_数列求和与综合问题

第4讲 数列求和与综合问题高考统计·定方向题型1 数列中的a n 与S n 的关系■核心知识储备·1.数列{a n }中,a n 与S n 的关系 a n =⎩⎨⎧S 1(n =1),S n -S n -1(n ≥2).2.求数列{a n }通项的方法 (1)叠加法形如a n -a n -1=f (n )(n ≥2)的数列应用叠加法求通项公式,a n =a 1+(a 2-a 1)+…+(a n -a n -1)=a 1+f (2)+…+f (n )(和可求).(2)叠乘法 形如a n a n -1=f (n )(n ≥2)的数列应用叠乘法求通项公式,a n =a 1·a 2a 1·a 3a 2·…·a na n -1=a 1·f (2)·f (3)…f (n )(积可求).(3)待定系数法形如a n =λa n -1+μ(n ≥2,λ≠1,μ≠0)的数列应用待定系数法求通项公式,a n +μλ-1=λ⎝ ⎛⎭⎪⎫a n -1+μλ-1⎝ ⎛⎭⎪⎫构造新数列⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫a n +μλ-1为等比数列.■高考考法示例·【例1】 (1)(2018·巴蜀适应性月考)数列{a n }中,a 1=1,a n +1=S n +3n (n ∈N *,n ≥1),则数列{S n }的通项公式为________.(2)(2018·锦州市模拟)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,a n ≠0,a 1=1,且2a n a n+1=4S n -3(n ∈N *).①求a 2的值并证明:a n +2-a n =2; ②求数列{a n }的通项公式.(1)S n =3n -2n [∵a n +1=S n +3n =S n +1-S n , ∴S n +1=2S n +3n , ∴S n +13n +1=23·S n 3n +13, ∴S n +13n +1-1=23⎝ ⎛⎭⎪⎫S n 3n -1,又S 13-1=13-1=-23,∴数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n 3n -1是首项为-23,公比为23的等比数列, ∴S n 3n -1=-23×⎝ ⎛⎭⎪⎫23n -1=-⎝ ⎛⎭⎪⎫23n ,∴S n =3n -2n .](2)[解] ①令n =1得2a 1a 2=4a 1-3, 又a 1=1, ∴a 2=12.由2a n a n +1=4S n -3, 得2a n +1a n +2=4S n +1-3. 即2a n +1(a n +2-a n )=4a n +1.∵a n ≠0,∴a n +2-a n =2.②由①可知:数列a 1,a 3,a 5,…,a 2k -1,…为等差数列,公差为2,首项为1,∴a 2k -1=1+2(k -1)=2k -1,即n 为奇数时,a n =n .数列a 2,a 4,a 6,…,a 2k ,…为等差数列,公差为2,首项为12, ∴a 2k =12+2(k -1)=2k -32, 即n 为偶数时,a n =n -32. 综上所述,a n =⎩⎪⎨⎪⎧n ,n 为奇数,n -32,n 为偶数.1.数列{a n }中,a 1=1,对任意n ∈N *,有a n +1=1+n +a n ,令b i =1a i(i ∈N *),则b 1+b 2+…+b 2 018=( )A .2 0171 009 B .2 0172 018 C .2 0182 019D .4 0362 019D [∵a n +1=n +1+a n ,∴a n +1-a n =1+n , ∴a n -a n -1=n ,∴a n =a 1+(a 2-a 1)+…+(a n -a n -1) =1+2+…+n =n (n +1)2, ∴b n =2n (n +1)=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1,∴b 1+b 2+…+b 2 018=21-12+12-13+…+12 018-12 019=4 0362 019,故选D .] 2.数列{a n }满足,12a 1+122a 2+123a 3+…+12n a n =2n +1,则数列{a n }的通项公式为________.a n =⎩⎨⎧6,n =12n +1,n ≥2 [因为12a 1+122a 2+123a 3+…+12n a n =2n +1,所以12a 1+122a 2+123a 3+…+12n -1a n -1=2(n -1)+1,两式相减得12n a n =2, 即a n =2n +1,n ≥2. 又12a 1=3, 所以a 1=6,因此a n =⎩⎨⎧6,n =1,2n +1,n ≥2.]题型2 求数列{a n }的前n 项和■核心知识储备·1.分组求和法:将数列通项公式写成c n =a n +b n 的形式,其中{a n }与{b n }是等差(比)数列或一些可以直接求和的数列.2.裂项相消法:把数列与式中的各项分别裂开后,某些项可以相互抵消从而求和的方法,主要适用于⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫1a n a n +1或⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫1a n a n +2(其中{a n }为等差数列)等形式的数列求和.3.错位相减法:形如{a n ·b n }(其中{a n }为等差数列,{b n }为等比数列)的数列求和,一般分六步:①S n ;②qS n ;③差式;④和式;⑤整理;⑥结论.■高考考法示例· ►角度一 分组求和法【例2-1】 (2018·昆明市教学质量检查)已知数列{a n }中,a 1=3,{a n }的前n 项和S n 满足:S n +1=a n +n 2.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)设数列{b n }满足:b n =(-1)n +2a n ,求{b n }的前n 项和T n . [解] (1)由S n +1=a n +n 2 ① 得S n +1+1=a n +1+(n +1)2②则②-①得a n =2n +1.当a 1=3时满足上式, 所以数列{a n }的通项公式为a n =2n +1. (2)由(1)得b n =(-1)n +22n +1, 所以T n =b 1+b 2+…+b n=[](-1)+(-1)2+…+(-1)n+(23+25+…+22n +1)=(-1)×[1-(-1)n ]1-(-1)+23×(1-4n )1-4=(-1)n -12+83(4n-1).【教师备选】(2018·石家庄三模)已知等差数列{a n }的首项a 1=2,前n 项和为S n ,等比数列{b n }的首项b 1=1,且a 2=b 3,S 3=6b 2,n ∈N *.(1)求数列{a n }和{b n }的通项公式;(2)数列{c n }满足c n =b n +(-1)n a n ,记数列{c n }的前n 项和为T n ,求T n . [解] (1)设数列{a n }的公差为d ,数列{b n }的公比为q . ∵a 1=2,b 1=1,且a 2=b 3,S 3=6b 2,∴⎩⎪⎨⎪⎧2+d =q 2,3(2+2+2d )2=6q .解得⎩⎨⎧d =2,q =2.∴a n =2+(n -1)×2=2n ,b n =2n -1.(2)由题意:c n =b n +(-1)n a n =2n -1+(-1)n 2n .∴T n =(1+2+4+…+2n -1)+[-2+4-6+8-…+(-1)n ·2n ], ①若n 为偶数:T n =1-2n 1-2+{(-2+4)+(-6+8)+…+[-2(n -1)+2n ]}=2n -1+n 2×2=2n+n -1.②若n 为奇数:T n =1-2n 1-2+{(-2+4)+(-6+8)+…+[-2(n -2)+2(n -1)]-2n }=2n -1+2×n -12-2n =2n -n -2.∴T n =⎩⎨⎧2n+n -1,n 为偶数,2n -n -2,n 为奇数.►角度二 裂项相消法求和【例2-2】 (2015·全国卷Ⅰ)S n 为数列{a n }的前n 项和.已知a n >0,a 2n +2a n =4S n +3.(1)求{a n }的通项公式; (2)设b n =1a n a n +1,求数列{b n }的前n 项和. [解] (1)由a 2n +2a n =4S n +3,可知a 2n +1+2a n +1=4S n +1+3.两式相减可得a 2n +1-a 2n +2(a n +1-a n )=4a n +1, 即2(a n +1+a n )=a 2n +1-a 2n =(a n +1+a n )(a n +1-a n ).由于a n >0,可得a n +1-a n =2.又a 21+2a 1=4a 1+3,解得a 1=-1(舍去)或a 1=3.所以{a n }是首项为3,公差为2的等差数列,通项公式为a n =2n +1. (2)由a n =2n +1可知b n =1a n a n +1=1(2n +1)(2n +3)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n +1-12n +3.设数列{b n }的前n 项和为T n ,则 T n =b 1+b 2+…+b n=12⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫13-15+⎝ ⎛⎭⎪⎫15-17+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫12n +1-12n +3=12⎝ ⎛⎭⎪⎫13-12n +3=n3(2n +3). 【教师备选】(2018·郑州第三次质量预测)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=-2,且满足S n =12a n +1+n +1(n ∈N *).(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若b n =log 3(-a n +1),设数列⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫1b n b n +2的前n 项和为T n ,求证:T n <34.[解] (1)由S n =12a n +1+n +1(n ∈N *),得S n -1=12a n +n (n ≥2,n ∈N *), 两式相减,并化简,得a n +1=3a n -2,即a n +1-1=3(a n -1),又a 1-1=-2-1=-3≠0, 所以{a n -1}是以-3为首项,3为公比的等比数列, 所以a n -1=(-3)·3n -1=-3n . 故a n =-3n +1.(2)证明:由b n =log 3(-a n +1)=log 33n =n , 得1b n b n +2=1n (n +2)=12⎝⎛⎭⎪⎫1n -1n +2, T n =121-13+12-14+13-15+…+1n -1-1n +1+1n -1n +2=121+12-1n +1-1n +2=34-2n +32(n +1)(n +2)<34.►角度三 错位相减法求和【例2-3】 (2018·合肥教学质量检测)已知等比数列{a n }的前n 项和S n 满足4S 5=3S 4+S 6,且a 3=9.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =(2n -1)·a n ,求数列{b n }的前n 项的和T n . [解] (1)设等比数列{a n }的公比为q . 由4S 5=3S 4+S 6,得S 6-S 5=3S 5-3S 4, 即a 6=3a 5,∴q =3,∴a n =9×3n -3=3n -1. (2)由(1)得b n =(2n -1)·a n =(2n -1)·3n -1, ∴T n =1×30+3×31+5×32+…+(2n -1)×3n -1,① ∴3T n =1×31+3×32+…+(2n -3)×3n -1+(2n -1)×3n , ②①-②得-2T n =1+2(31+32+…+3n -1)-(2n -1)·3n =1+2×3(1-3n -1)1-3-(2n -1)·3n =-2-2(n -1)·3n ,∴T n =(n -1)·3n +1.【教师备选】(2018·石家庄教学质量检测)已知数列{a n }满足:a 1=1,a n +1=n +1n a n +n +12n . (1)设b n =a nn ,求数列{b n }的通项公式; (2)求数列{a n }的前n 项和S n .[解] (1)由a n +1=n +1n a n +n +12n 可得a n +1n +1=a n n +12n .又∵b n =a n n ,∴b n +1-b n =12n ,由a 1=1,得b 1=1, 累加可得:(b 2-b 1)+(b 3-b 2)+…+(b n -b n -1)=121+122+…+12n -1,化简并代入b 1=1得:b n =2-12n -1.(2)由(1)可知a n =2n -n2n -1,设数列⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫n 2n -1的前n 项和为T n ,则T n =120+221+322+…+n2n -1① 12T n =121+222+323+…+n 2n ②①-②得12T n =120+121+122+…+12n -1-n 2n =120-12n1-12-n2n =2-n +22n ,∴T n =4-n +22n -1.又∵数列{2n }的前n 项和为n (n +1), ∴S n =n (n +1)-4+n +22n -1.已知等差数列{a n}的前n项和为S n,且a1=1,S3+S4=S5.(1)求数列{a n}的通项公式;(2)令b n=(-1)n-1a n a n+1,求数列{b n}的前2n项和T2n.[解](1)设等差数列{a n}的公差为d,由S3+S4=S5,可得a1+a2+a3=a5,即3a2=a5,故3(1+d)=1+4d,解得d=2.∴a n=1+(n-1)×2=2n-1.(2)由(1)可得b n=(-1)n-1·(2n-1)·(2n+1)=(-1)n-1·(4n2-1).∴T2n=(4×12-1)-(4×22-1)+(4×32-1)-(4×42-1)+…+(-1)2n-1·[4×(2n)2-1]=4[12-22+32-42+…+(2n-1)2-(2n)2]=-4(1+2+3+4+…+2n-1+2n)=-4×2n(2n+1)2=-8n2-4n.题型3数列中的创新与交汇问题近几年新课标高考对该知识的命题主要体现在以下两方面:一是新信息情境下的数列问题,此类问题多以新定义、新运算或实际问题为背景,主要考查学生的归纳推理解决新问题的能力;二是创新命题角度考迁移能力,题目常与函数、向量、三角、解析几何等知识交汇结合,考查数列的基本运算与应用.■高考考法示例·►角度一新信息情境下的数列问题【例3-1】(2017·全国卷Ⅰ)几位大学生响应国家的创业号召,开发了一款应用软件.为激发大家学习数学的兴趣,他们推出了“解数学题获取软件激活码”的活动.这款软件的激活码为下面数学问题的答案:已知数列1,1,2,1,2,4,1,2,4,8,1,2,4,8,16,…,其中第一项是20,接下来的两项是20,21,再接下来的三项是20,21,22,依此类推.求满足如下条件的最小整数N :N >100且该数列的前N 项和为2的整数幂.那么该款软件的激活码是( )A .440B .330C .220D .110[思路点拨] 阅读题干―――――→提取数据数据分组―――――――→联想数列知识推理论证得出结论A [设首项为第1组,接下来的两项为第2组,再接下来的三项为第3组,依此类推,则第n 组的项数为n ,前n 组的项数和为n (1+n )2.由题意知,N >100,令n (1+n )2>100⇒n ≥14且n ∈N *,即N 出现在第13组之后.第n 组的各项和为1-2n 1-2=2n -1,前n 组所有项的和为2(1-2n )1-2-n =2n +1-2-n .设N 是第n +1组的第k 项,若要使前N 项和为2的整数幂,则N -n (1+n )2项的和即第n +1组的前k 项的和2k -1应与-2-n 互为相反数,即2k -1=2+n (k ∈N *,n ≥14),k =log 2(n +3)⇒n 最小为29,此时k =5,则N =29×(1+29)2+5=440.故选A .]►角度二 交汇类创新问题【例3-2】 (2018·长沙联考)已知正项数列{a n },{b n }满足:对于任意的n ∈N *,都有点(n ,b n )在直线y =22(x +2)上,且b n ,a n +1,b n +1成等比数列,a 1=3.(1)求数列{a n },{b n }的通项公式;(2)设S n =1a 1+1a 2+…+1a n ,如果对任意的n ∈N *,不等式2aS n <2-b n a n恒成立.求实数a 的取值范围.[思路点拨] (1)点(n ,b n )在直线y =22(x +2)上――→满足方程求b n ―――――――→b n ,a n +1,b n +1成等比数列求a n ; (2)裂项,求S n ―――――――→2aS n <2-b n a n 分离变量建立a 的不等式―――――――→数列的单调性求实数a 的取值范围[解] (1)∵点(n ,b n )在直线y =22(x +2)上,∴b n =22(n +2),即b n =(n +2)22.又∵b n ,a n +1,b n +1成等比数列,∴a 2n +1=b n ·b n +1=(n +2)2(n +3)24, ∴a n +1=(n +2)(n +3)2, ∴n ≥2时,a n =(n +1)(n +2)2, a 1=3适合上式,∴a n =(n +1)(n +2)2. (2)由(1)知,1a n =2(n +1)(n +2)=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1n +1-1n +2, ∴S n =2⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+⎝ ⎛⎭⎪⎫13-14+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n +1-1n +2 =2⎝ ⎛⎭⎪⎫12-1n +2=n n +2. 故2aS n <2-b n a n可化为: 2an n +2<2-(n +2)22(n +1)(n +2)2=2-n +2n +1=n n +1, 即a <n +22(n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n +1对任意的n ∈N *恒成立,令f (n )=n +22(n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n +1,显然f (n )随n 的增大而减小,且f (n )>12恒成立,故a ≤12. 综上知,实数a 的取值范围是⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,12.1.若数列{a n }满足:对任意的n ∈N *,只有有限个正整数m 使得a m <n 成立,记这样的m 的个数为(a n )*,则得到一个新数列{(a n )*}.例如,若数列{a n }是1,2,3,…,n ,…,则数列{(a n )*}是0,1,2,…,n -1,….已知对任意的n ∈N *,a n =n 2,则(a 5)*=________,((a n )*)*=________.2 n 2 [因为a m <5,而a n =n 2,所以m =1,2,所以(a 5)*=2.因为(a 1)*=0,(a 2)*=1,(a 3)*=1,(a 4)*=1,(a 5)*=2,(a 6)*=2,(a 7)*=2,(a 8)*=2,(a 9)*=2,(a 10)*=3,(a 11)*=3,(a 12)*=3,(a 13)*=3,(a 14)*=3,(a 15)*=3,(a 16)*=3, 所以((a 1)*)*=1,((a 2)*)*=4,((a 3)*)*=9,((a 4)*)*=16,猜想((a n )*)*=n 2.]2.(2014·全国卷Ⅱ)已知数列{a n }满足a 1=1,a n +1=3a n +1.(1)证明:⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n +12是等比数列,并求{a n }的通项公式; (2)证明:1a 1+1a 2+…+1a n<32. [证明] (1)由a n +1=3a n +1得a n +1+12=3⎝ ⎛⎭⎪⎫a n +12. 又a 1+12=32,所以⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n +12是首项为32,公比为3的等比数列.所以a n +12=3n 2,因此{a n }的通项公式为a n =3n -12.(2)由(1)知1a n =23n -1. 因为当n ≥1时,3n -1≥2×3n -1,所以13n-1≤12×3n -1. 于是1a 1+1a 2+…+1a n ≤1+13+…+13n -1 =32⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13n <32. 所以1a 1+1a 2+…+1a n<32.[高考真题]1.(2016·全国卷Ⅲ)定义“规范01数列”{a n }如下:{a n }共有2m 项,其中m 项为0,m 项为1,且对任意k ≤2m ,a 1,a 2,…,a k 中0的个数不少于1的个数.若m =4,则不同的“规范01数列”共有( )A .18个B .16个C .14个D .12个C [由题意知:当m =4时,“规范01数列”共含有8项,其中4项为0,4项为1,且必有a 1=0,a 8=1.不考虑限制条件“对任意k ≤2m ,a 1,a 2,…,a k 中0的个数不少于1的个数”,则中间6个数的情况共有C 36=20(种),其中存在k ≤2m ,a 1,a 2,…,a k 中0的个数少于1的个数的情况有:①若a 2=a 3=1,则有C 14=4(种);②若a 2=1,a 3=0,则a 4=1,a 5=1,只有1种;③若a 2=0,则a 3=a 4=a 5=1,只有1种.综上,不同的“规范01数列”共有20-6=14(种).故共有14个.故选C .]2.(2018·全国卷Ⅰ)记S n 为数列{a n }的前n 项和.若S n =2a n +1,则S 6=________.-63 [法一:因为S n =2a n +1,所以当n =1时,a 1=2a 1+1,解得a 1=-1; 当n =2时,a 1+a 2=2a 2+1,解得a 2=-2;当n =3时,a 1+a 2+a 3=2a 3+1,解得a 3=-4;当n =4时,a 1+a 2+a 3+a 4=2a 4+1,解得a 4=-8;当n =5时,a 1+a 2+a 3+a 4+a 5=2a 5+1,解得a 5=-16;当n =6时,a 1+a 2+a 3+a 4+a 5+a 6=2a 6+1,解得a 6=-32.所以S 6=-1-2-4-8-16-32=-63.法二:因为S n =2a n +1,所以当n =1时,a 1=2a 1+1,解得a 1=-1, 当n ≥2时,a n =S n -S n -1=2a n +1-(2a n -1+1),所以a n =2a n -1,所以数列{a n }是以-1为首项,2为公比的等比数列,所以a n =-2n -1,所以S 6=-1×(1-26)1-2=-63.] 3.(2017·全国卷Ⅱ)等差数列{a n }的前n 项和为S n ,a 3=3,S 4=10,则∑nk =1 1S k =________.2n n +1[设等差数列{a n }的首项为a 1,公差为d ,则 由⎩⎪⎨⎪⎧ a 3=a 1+2d =3,S 4=4a 1+4×32d =10,得⎩⎨⎧a 1=1,d =1. ∴S n =n ×1+n (n -1)2×1=n (n +1)2,1S n =2n (n +1)=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1.∴∑nk =11S k =1S 1+1S 2+1S 3+…+1S n=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+12-13+13-14+…+1n -1n +1 =2⎝⎛⎭⎪⎫1-1n +1=2n n +1.] 4.(2016·全国卷Ⅱ)S n 为等差数列{a n }的前n 项和,且a 1=1,S 7=28.记b n =[lg a n ],其中[x ]表示不超过x 的最大整数,如[0.9]=0,[lg 99]=1.(1)求b 1,b 11,b 101;(2)求数列{b n }的前1 000项和.[解] (1)设{a n }的公差为d ,据已知有7+21d =28,解得d =1.所以{a n }的通项公式为a n =n .b 1=[lg 1]=0,b 11=[lg 11]=1,b 101=[lg 101]=2.(2)因为b n =⎩⎨⎧ 0,1≤n <10,1,10≤n <100,2,100≤n <1 000,3,n =1 000,所以数列{b n }的前1 000项和为1×90+2×900+3×1=1 893.[最新模拟]5.(2018·昆明教学质量检查)数列{a n }满足a n +1+a n =(-1)n ·n ,则数列{a n }的前20项的和为( )A .-100B .100C .-110D .110A [由a n +1+a n =(-1)n n ,得a 2+a 1=-1,a 3+a 4=-3,a 5+a 6=-5,…,a 19+a 20=-19,∴a n 的前20项的和为a 1+a 2+…+a 19+a 20=-1-3-…-19=-1+192×10=-100,故选A .] 6.(2018·安阳模拟)设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,点(n ,S n )在函数f (x )=x 2+Bx +C -1(B ,C ∈R )的图象上,且a 1=C .(1)求数列{a n }的通项公式;(2)记数列b n =a n (a 2n -1+1),求数列{b n }的前n 项和T n .[解] (1)设数列{a n }的公差为d ,则S n =na 1+n (n -1)2d =d 2n 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫a 1-d 2n ,又S n =n 2+Bn +C -1,两式对照得⎩⎪⎨⎪⎧ d 2=1,C -1=0,⎩⎨⎧d =2,a 1=C =1,所以数列{a n }的通项公式为a n =2n -1.(2)b n =(2n -1)(2·2n -1-1+1)=(2n -1)2n ,则T n =1×2+3×22+…+(2n -1)·2n ,2T n =1×22+3×23+…+(2n -3)·2n +(2n -1)·2n +1, 两式相减得T n=(2n-1)·2n+1-2(22+…+2n)-2=(2n-1)·2n+1-2×22(1-2n-1)1-2-2=(2n-3)·2n+1+6.。
高考数学二轮复习专题4数列1数列小题专项练课件理

)
3
12
3
12
关闭
A. 2f
B. 22 f
C. 25 f
D. 27 f
12
设第 n 个单音的频率为 an,由题意, = 2(n≥2),所以{an}为等
-1
比数列,因为 a1=f,所以 a8=a1×(
12
2)7=
12
27 f,故选 D.
二、填空题
3.已知等差数列{an}的公差为d,前n项和为Sn,则“d>0”是“S4+S6>2S5”
的(
)
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充分必要条件
D.既不充分也不必要条件
关闭
(-1)
d,
2
因为 Sn=na1+
所以 S4+S6>2S5⇔10a1+21d>10a1+20d⇔d>0,
即“d>0”是“S4+S6>2S5”的充分必要条件,选 C.
①-②,得 an=2an-2an-1,即 an=2an-1(n≥2).
又 S1=2a1+1,∴a1=-1.∴{an}是以-1 为首项,2 为公比的等比数列,
-1(1-26 )
则
-63S6= 1-2 =-63.
12/11/2021
关闭
解析
答案
-18一、选择题
二、填空题
15.(2018江苏南京、盐城一模,10)设Sn为等差数列{an}的前n项和,
若{an}的前2 017项中的奇数项的和为2 018,则S2 017的值
为
.
关闭
高中数学数列综合专项练习讲义汇总

专题 数列综合 考点精要 会求简单数列的通项公式和前 n 项和. 热点分析 数列的通项和求和, 历来是高考命题的常见考查内容. 要重点掌握错位相减 法,灵活运用裂项相消法,熟练使用等差和等比求和公式,掌握分组求和法.
知识梳理 1. 数列的通项 求数列通项公式的常用方法: (1观察与归纳法:先观察哪些因素随项数 n 的变化而变化,哪些因素不变: 分析符号、数字、字母与项数 n 在变化过程中的联系,初步归纳公式。 (2公式法:等差数列与等比数列。
(3利用 n S 与 n a 的关系求 n a :则 ⎩⎨⎧≥-==-2111 n S S n S a n n n (注意:不能忘记讨论 1=n (4 逐项作差求和法 (累加法 ; 已知 2((1≥=--n n f a a n n , 且 {f(n}的和可求, 则求 n a 可用累加法 (5逐项作商求积法(累积法 ; 已知 2((1 ≥=-n n f a a n n ,且 {f(n}的和可求, 求 n a 用累乘法 . (6转化法 2 几种特殊的求通项的方法 (一 1n n a ka b +=+型。 (1当 1k =时, {}1n n n a a b a +-=⇔是等差数列, 1( n a bn a b =++ (2 当 1k ≠时, 设 1( n n a m k a m ++=+, 则 {}n a m + 构成等比数列, 求出 {}n a m +的通项,进一步求出 {}n a 的通项。
例:已知 {}n a 满足 111, 23n n a a a +==-,求 {}n a 的通项公式。 (二、 1( n n a ka f n +=+型。 (1当 1k =时, 1( n n a a f n +-=,若 ( f n 可求和,则可用累加消项的方法。 例:已知 {}n a 满足 111
1, (1 n n a a a n n +=-= +,求 {}n a 的通项公式。 (2当 1k ≠时,可设 []1(1 ( n n a g x k a g x +++=+,则 {}( n a g x +构成等比数列, 求出 {}( n a g x +的通项, 进一步求出 {}n a 的通项。 (注意 ( g x 所对应的函数类型 例:已知 {}n a 满足 111, 21n n a a a n +==+-,求 {}n a 的通项公式。 (三、 1( n n a f n a +=型。
高考数学新一轮总复习 专题讲练四 数列的综合应用考点突破课件 理
2n+1 n+12+1+
n2+1>1-n2+n+ 1+1 n=0,
∴an+1>an,∴{an}是递增数列.
法二:∵aan+n 1=n+1n- -
n+12+1 n2+1
=n+1n++ nn2++112+1<1,
又∵an<0,∴an+1>an,∴{an}是递增数列.
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• (1)设n年内(本年度为第一年)总投入为an万元, 旅游业总收入为bn万元,写出表达式;
• (2)至少经过几年旅游业的总收入才能 (cáinéng)超过总投入?
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【解】 (1)第一年投入为 800 万元, 第二年投入为 8001-15万元, 第 n 年的投入为 8001-15n-1 万元, 所以,n 年内的总投入为: an=800+8001-15+…+8001-15n-1 =4 000-4 00045n.
第二页,共26页。
• 1.用好等差数列和等比数列的性质可以降低(jiàngdī)运算 量,减少差错.
• 2.理解等差数列、等比数列定义、基本量的含义和应用, 体会两者解题中的区别.
• 3.注意数列与函数、方程、三角、不等式等知识的融合, 了解其中蕴含的数学思想.
• 4.在现实生活中,人口的增长、产量的增加、成本的降低 (jiàngdī)、存贷款利息的计算、分期付款问题等,都可以 利用数列来解决,因此要会在实际问题中抽象出数学模型, 并用它解决实际问题.
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• 【归纳提升】 数列与不等式相结合的问题 是考试的热点,证明的主要(zhǔyào)方法就 是放缩法,有时先求和再放缩,有时先放缩 再求和,也有时考虑用数学归纳法.
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• 针对训练 • 3.已知函数f(x)=log2x-logx2(0<x<1),
高考数学总复习考点知识讲解与练习15 数列求和及其综合应用
第2讲 数列求和及其综合应用[考情分析]1.数列求和重点考查分组转化、错位相减、裂项相消三种求和方法.2.数列的综合问题,一般以等差数列、等比数列为背景,与函数、不等式相结合,考查最值、范围以及证明不等式等.3.主要以选择题、填空题及解答题的形式出现,难度中等.考点一数列求和 核心提炼1.裂项相消法就是把数列的每一项分解,使得相加后项与项之间能够相互抵消,但在抵消的过程中,有的是依次项抵消,有的是间隔项抵消.常见的裂项方式有:1n (n +1)=1n -1n +1;1n (n +k )=1k ⎝⎛⎭⎪⎫1n -1n +k ; 1n 2-1=12⎝⎛⎭⎪⎫1n -1-1n +1;14n 2-1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1. 2.如果数列{a n }是等差数列,{b n }是等比数列,那么求数列{a n ·b n }的前n 项和S n 时,可采用错位相减法.用错位相减法求和时,应注意:(1)等比数列的公比为负数的情形;(2)在写出“S n ”和“qS n ”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”,以便准确写出“S n -qS n ”的表达式.考向1分组转化法例1(2021·青岛模拟)从“①S n =n ⎝⎛⎭⎫n +a 12;②S 2=a 3,a 4=a 1a 2;③a 1=2,a 4是a 2,a 8的等比中项.”三个条件中任选一个,补充到下面的横线处,并解答.已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,公差d ≠0,________,n ∈N *.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若b n =S 2n +1-S 2n ,数列{b n }的前n 项和为W n ,求W n .注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.解(1)选①:S n =n ⎝⎛⎭⎫n +a 12=n 2+a 12n , 令n =1,得a 1=1+a 12,即a 1=2, 所以S n =n 2+n .当n ≥2时,S n -1=(n -1)2+n -1,当n ≥2时,a n =S n -S n -1=2n ,又a 1=2,满足上式,所以a n =2n .选②:由S 2=a 3,得a 1+a 2=a 3,得a 1=d ,又由a 4=a 1a 2,得a 1+3d =a 1(a 1+d ),因为d ≠0,则a 1=d =2,所以a n =2n .选③:由a 4是a 2,a 8的等比中项,得a 24=a 2a 8,则(a 1+3d )2=(a 1+d )(a 1+7d ),因为a 1=2,d ≠0,所以d =2,则a n =2n .(2)S n =n 2+n ,b n =(2n +1)2+2n +1-(2n )2-2n =3·22n +2n ,所以W n =3×22+2+3×24+22+…+3×22n +2n =12×(1-4n )1-4+2×(1-2n )1-2=4(4n -1)+2(2n-1)=4n +1+2n +1-6.考向2裂项相消法例2(2021·晋中模拟)设{a n }是各项都为正的单调递增数列,已知a 1=4,且a n 满足关系式:a n +1+a n =4+2a n +1a n ,n ∈N *.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若b n =1a n -1,求数列{b n }的前n 项和S n . 解(1)因为a n +1+a n =4+2a n +1a n ,n ∈N *, 所以a n +1+a n -2a n +1a n =4, 即(a n +1-a n )2=4,又{a n }是各项为正的单调递增数列, 所以a n +1-a n =2, 又a 1=2,所以{a n }是首项为2,公差为2的等差数列, 所以a n =2+2(n -1)=2n ,所以a n =4n 2.(2)b n =1a n -1=14n 2-1=1(2n -1)(2n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1, 所以S n =b 1+b 2+…+b n =12⎝⎛⎭⎫1-13+12⎝⎛⎭⎫13-15+…+12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1=12⎝⎛⎭⎪⎫1-12n +1=n 2n +1. 考向3错位相减法例3(2021·沈阳模拟)已知正项数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 2n +1=2S n +n +1,a 2=2.(1)求数列{a n }的通项公式a n ;(2)若b n =a n ·2n ,数列{b n }的前n 项和为T n ,求使T n >2022的最小的正整数n 的值. 解(1)当n ≥2时,由a 2n +1=2S n +n +1,a 2=2,得a 2n =2S n -1+n -1+1,两式相减得a 2n +1-a 2n =2a n +1,即a 2n +1=a 2n +2a n +1=(a n +1)2.∵{a n }是正项数列,∴a n +1=a n +1.当n =1时,a 22=2a 1+2=4,∴a 1=1,∴a 2-a 1=1,数列{a n }是以a 1=1为首项,1为公差的等差数列,∴a n =n .(2)由(1)知b n =a n ·2n =n ·2n ,∴T n =1×21+2×22+3×23+…+n ·2n ,2T n =1×22+2×23+…+(n -1)·2n +n ·2n +1,两式相减得-T n =2·(1-2n )1-2-n ·2n +1 =(1-n )2n +1-2,∴T n =(n -1)2n +1+2.∴T n -T n -1=n ·2n >0,∴{T n }单调递增.当n =7时,T 7=6×28+2=1 538<2 022,当n =8时,T 8=7×29+2=3 586>2 022,∴使T n>2 022的最小的正整数n的值为8.规律方法(1)分组转化法求和的关键是将数列通项转化为若干个可求和的数列通项的和或差.(2)裂项相消法的基本思路是将通项拆分,可以产生相互抵消的项.(3)错位相减法求和,主要用于求{a n b n}的前n项和,其中{a n},{b n}分别为等差数列和等比数列.跟踪演练1(1)(2021·大连模拟)已知等差数列{a n}的前n项和为S n,S5=25,且a3-1,a4+1,a7+3成等比数列.①求数列{a n}的通项公式;②若b n=(-1)n a n+1,T n是数列{b n}的前n项和,求T2n.解①由题意知,等差数列{a n}的前n项和为S n,由S5=25,可得S5=5a3=25,所以a3=5,设数列{a n}的公差为d,由a3-1,a4+1,a7+3成等比数列,可得(6+d)2=4(8+4d),整理得d2-4d+4=0,解得d=2,所以a n=a3+(n-3)d=2n-1.②由①知b n=(-1)n a n+1=(-1)n(2n-1)+1,所以T2n=(-1+1)+(3+1)+(-5+1)+(7+1)+…+[-(4n-3)+1]+(4n-1+1)=4n.(2)(2021·滨州模拟)已知等差数列{a n}和等比数列{b n}满足a1=2,b2=4,a n=2log2b n,n∈N*.①求数列{a n},{b n}的通项公式;②设数列{a n}中不在数列{b n}中的项按从小到大的顺序构成数列{c n},记数列{c n}的前n项和为S n,求S100.解①设等差数列{a n}的公差为d,因为b2=4,所以a2=2log2b2=4,所以d=a2-a1=2,所以a n=2+(n-1)×2=2n.又a n=2log2b n,即2n=2log2b n,所以n=log2b n,所以b n =2n .②由①得b n =2n =2·2n -1=12n a -,即b n 是数列{a n }中的第2n -1项.设数列{a n }的前n 项和为P n ,数列{b n }的前n 项和为Q n ,因为b 7=62a =a 64,b 8=72a =a 128, 所以数列{c n }的前100项是由数列{a n }的前107项去掉数列{b n }的前7项后构成的, 所以S 100=P 107-Q 7 =107×(2+214)2-2-281-2=11 302. 考点二数列的综合问题核心提炼数列与函数、不等式的综合问题是高考命题的一个方向,此类问题突破的关键在于通过函数关系寻找数列的递推关系,求出数列的通项或前n 项和,再利用数列或数列对应的函数解决最值、范围问题,通过放缩进行不等式的证明.例4(1)(2021·淄博模拟)已知在等比数列{a n }中,首项a 1=2,公比q >1,a 2,a 3是函数f (x )=13x 3-6x 2+32x 的两个极值点,则数列{a n }的前9项和是________.答案1022解析由f (x )=13x 3-6x 2+32x ,得f ′(x )=x 2-12x +32, 又因为a 2,a 3是函数f (x )=13x 3-6x 2+32x 的两个极值点, 所以a 2,a 3是函数f ′(x )=x 2-12x +32的两个零点,故⎩⎪⎨⎪⎧a 2+a 3=12,a 2·a 3=32,因为q >1,所以a 2=4,a 3=8,故q =2,则前9项和S 9=2(1-29)1-2=210-2=1 022. (2)(2021·新高考全国Ⅰ)某校学生在研究民间剪纸艺术时,发现剪纸时经常会沿纸的某条对称轴把纸对折.规格为20 dm ×12 dm 的长方形纸,对折1次共可以得到10 dm ×12 dm,20 dm ×6 dm 两种规格的图形,它们的面积之和S 1=240 dm 2,对折2次共可以得到5 dm ×12 dm,10 dm ×6 dm, 20 dm ×3 dm 三种规格的图形,它们的面积之和S 2=180 dm 2,以此类推,则对折4次共可以得到不同规格图形的种数为________;如果对折n 次,那么∑k =1nS k =________dm 2.答案5240⎝⎛⎭⎫3-n +32n 解析依题意得,S 1=120×2=240;S 2=60×3=180;当n =3时,共可以得到5dm ×6dm ,52dm ×12dm ,10dm ×3dm,20dm ×32dm 四种规格的图形,且5×6=30,52×12=30,10×3=30,20×32=30,所以S 3=30×4=120; 当n =4时,共可以得到5dm ×3dm ,52dm ×6dm ,54dm ×12dm,10dm ×32dm,20dm ×34dm 五种规格的图形,所以对折4次共可以得到不同规格图形的种数为5,且5×3=15,52×6=15,54×12=15,10×32=15,20×34=15,所以S 4=15×5=75; ……所以可归纳S k =2402k ×(k +1)=240(k +1)2k. 所以∑k =1nS k =240⎝ ⎛⎭⎪⎫1+322+423+…+n 2n -1+n +12n ,① 所以12×∑k =1n S k =240⎝ ⎛⎭⎪⎫222+323+424+…+n 2n +n +12n +1,② 由①-②得,12×∑k =1nS k =240⎝ ⎛⎭⎪⎫1+122+123+124+…+12n -n +12n +1 =240⎝ ⎛⎭⎪⎫1+122-12n ×121-12-n +12n +1=240⎝ ⎛⎭⎪⎫32-n +32n +1, 所以∑k =1n S k =240⎝ ⎛⎭⎪⎫3-n +32n dm 2.易错提醒求解数列与函数交汇问题要注意两点:(1)数列是一类特殊的函数,其定义域是正整数集(或它的有限子集),在求数列最值或不等关系时要特别注意.(2)解题时准确构造函数,利用函数性质时注意限制条件.跟踪演练2(1)(2021·天津市西青区检测)2015年07月31日17时57分,国际奥委会第128次全会在吉隆坡举行,投票选出2022年冬奥会举办城市为北京.某人为了观看2022年北京冬季奥运会,从2016年起,每年的1月1日到银行存入a 元的定期储蓄,若年利率为p 且保持不变,并约定每年到期,存款的本息均自动转为新的一年的定期,到2022年的1月1日将所有存款及利息全部取出,则可取出钱(元)的总数为()A .a (1+p )6B .a (1+p )7C.a p [(1+p )6-(1+p )]D.a p[(1+p )7-(1+p )] 答案D解析由题意知,2016年1月1日存入的a 元,一年后存款及利息为a (1+p ),二年后存款及利息为a (1+p )2,……,依次类推,由此可得,从2016年1月1日到2022年1月1日所有的存款及利息为a (1+p )6+a (1+p )5+…+a (1+p )=a (1+p )[1-(1+p )6]1-(1+p )=a p [(1+p )7-(1+p )]. (2)(2021·长春模拟)已知等比数列{a n }满足:a 1+a 2=20,a 2+a 3=80.数列{b n }满足b n =log 2a n ,其前n 项和为S n ,若b n S n +11≤λ恒成立,则λ的最小值为________. 答案623解析设等比数列{a n }的公比为q ,由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧a 1+a 1q =20,a 1q +a 1q 2=80, 解得a 1=4,q =4,故{a n }的通项公式为a n =4n ,n ∈N *.b n =log 2a n =log 24n =2n ,S n =2n +12n (n -1)·2=n 2+n ,b n S n +11=2n n 2+n +11=2n +11n+1,n ∈N *, 令f (x )=x +11x, 则当x ∈(0,11)时,f (x )=x +11x单调递减, 当x ∈(11,+∞)时,f (x )=x +11x单调递增, 又∵f (3)=3+113=203,f (4)=4+114=274, 且n ∈N *,∴n +11n ≥203, 即b n S n +11≤2203+1=623,故λ≥623,故λ的最小值为623. 专题强化练一、单项选择题1.(2021·深圳模拟)在数列{a n }中,a 1=3,a m +n =a m +a n (m ,n ∈N *),若a 1+a 2+a 3+…+a k =135,则k 等于()A .10B .9C .8D .7答案B解析令m =1,由a m +n =a m +a n 可得a n +1=a 1+a n ,所以a n +1-a n =3,所以{a n }是首项为a 1=3,公差为3的等差数列,a n =3+3(n -1)=3n ,所以a 1+a 2+a 3+…+a k =k (a 1+a k )2=k (3+3k )2=135, 整理可得k 2+k -90=0,解得k =9或k =-10(舍去).2.(2021·江苏省镇江中学模拟)已知函数f (x )=x a 的图象过点(4,2),令a n =1f (n +1)+f (n )(n ∈N *),记数列{a n }的前n 项和为S n ,则S 2022等于()A.2022+1B.2023-1C.2022-1D.2023+1答案B解析函数f (x )=x a 的图象过点(4,2),则4a =2,解得a =12,得f (x )=x , a n =1f (n +1)+f (n )=1n +1+n =n +1-n ,则S 2 022=(2-1)+(3-2)+…+( 2 023- 2 022)=-1+ 2 023.3.已知数列{a n }和{b n }的首项均为1,且a n -1≥a n (n ≥2),a n +1≥a n ,数列{b n }的前n 项和为S n ,且满足2S n S n +1+a n b n +1=0,则S 2022等于() A .2022B.12022C .4043D.14043答案D解析由a n -1≥a n (n ≥2),a n +1≥a n 可得a n +1=a n ,即数列{a n }是常数列,又数列{a n }的首项为1,所以a n =1,2S n S n +1+a n b n +1=0可化为2S n S n +1+b n +1=0,因为S n 为数列{b n }的前n 项和,所以2S n S n +1+b n +1=2S n S n +1+(S n +1-S n )=0,由b 1=1,得S n S n +1≠0, 所以1S n +1-1S n =2,又1S 1=1b 1=1, 因此数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n 是以1为首项,2为公差的等差数列, 所以1S n=1+2(n -1)=2n -1, 故S n =12n -1. 所以S 2022=14043. 4.(2021·佛山模拟)随着新一轮科技革命和产业变革持续推进,以数字化、网络化、智能化以及融合化为主要特征的新型基础设施建设越来越受到关注.5G 基站建设就是“新基建”的众多工程之一,截至2021年底,我国已累计开通5G 基站超70万个,未来将进一步完善基础网络体系,稳步推进5G 网络建设,实现主要城区及部分重点乡镇5G 网络覆盖.2021年1月计划新建设5万个5G 基站,以后每个月比上一个月多建设1万个,预计我国累计开通500万个5G 基站时要到()A .2022年12月B .2023年2月C .2023年4月D .2023年6月答案B解析每个月开通5G 基站的个数是以5为首项,1为公差的等差数列,设预计我国累计开通500万个5G 基站需要n 个月,则70+5n +n (n -1)2×1=500, 化简整理得,n 2+9n -860=0,解得n ≈25.17或n ≈-34.17(舍负),所以预计我国累计开通500万个5G 基站需要25个月,也就是到2023年2月.5.(2021·青岛模拟)在抛物线x 2=12y 第一象限内一点(a n ,y n )处的切线与x 轴交点横坐标记为a n +1,其中n ∈N *,已知a 2=32,S n 为{a n }的前n 项和,若m ≥S n 恒成立,则m 的最小值为()A .16B .32C .64D .128答案D解析∵y =2x 2,y ′=4x ,k =4a n ,∴切线方程为y -2a 2n =4a n (x -a n ),令y =0,得x =a n 2,∴a n +1=a n 2, 又a 2=32,则a 1=64≠0,∴a n +1a n =12. ∴{a n }是以64为首项,12为公比的等比数列,则S n =64⎣⎡⎦⎤1-⎝⎛⎭⎫12n 1-12=128-128⎝⎛⎭⎫12n ,又0<⎝⎛⎭⎫12n ≤12, ∴64≤S n <128.∴m ≥S n 恒成立⇔m ≥128,即m 的最小值为128.6.已知数列{a n }满足a 1=1,a n =log n (n +1)(n ≥2,n ∈N *).定义:使乘积a 1·a 2·…·a k 为正整数的k (k ∈N *)叫做“幸运数”,则在[1,2022]内的所有“幸运数”的和为()A .2035B .2036C .4084D .4085答案B解析∵a n =log n (n +1)=lg (n +1)lg n,n ≥2, ∴a 1·a 2·…·a k =1×lg 3lg 2×lg 4lg 3×…×lg (k +1)lg k =lg (k +1)lg 2=log 2(k +1), 为使log 2(k +1)为正整数,即满足2n =k +1,则k =2n -1,则在[1,2 022]内的所有“幸运数”的和为21-1+22-1+…+210-1=2(1-210)1-2-10=1 023×2-10=2 036. 二、多项选择题7.已知F 是椭圆x 225+y 216=1的右焦点,椭圆上至少有21个不同的点P i (i =1,2,3,…),|FP 1|,|FP 2|,|FP 3|,…,组成公差为d (d >0)的等差数列,则()A .该椭圆的焦距为6B .|FP 1|的最小值为2C .d 的值可以为310D .d 的值可以为25答案ABC解析由椭圆的方程和定义知a =5,b =4,c =3,∴焦距为6,∴A 正确;又∵a -c ≤|FP i |≤a +c ,∴2≤|FP i |≤8,∴B 正确;令|FP 1|,|FP 2|,|FP 3|,…组成等差数列{a n },d >0,∴a 1=|FP 1|≥2,a n ≤|FP i |max =8,∴d =a n -a 1n -1≤8-2n -1=6n -1≤621-1=310, ∴0<d ≤310,∴C 正确,D 错误. 8.(2021·广州模拟)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=1,S n +1=S n +2a n +1,数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫2n a n ·a n +1的前n 项和为T n ,n ∈N *,则下列选项正确的为()A .数列{a n +1}是等差数列B .数列{a n +1}是等比数列C .数列{a n }的通项公式为a n =2n -1D .T n <1答案BCD解析由S n +1=S n +2a n +1,得a n +1=S n +1-S n =2a n +1,可化为a n +1+1=2(a n +1),可得数列{a n +1}是首项为2,公比为2的等比数列, 则a n +1=2n ,即a n =2n -1,又2n a n a n +1=2n (2n -1)(2n +1-1)=12n -1-12n +1-1, 可得T n =1-122-1+122-1-123-1+…+12n -1-12n +1-1=1-12n +1-1<1. 三、填空题9.(2021·无锡模拟)12+12+4+12+4+6+12+4+6+8+…+12+4+6+…+2022=________. 答案10111012解析根据等差数列的前n 项和公式,可得2+4+6+…+2n =n (2+2n )2=n (n +1), 因为1n (n +1)=1n -1n +1, 所以12+12+4+12+4+6+12+4+6+8+…+12+4+6+…+2 022=⎝⎛⎭⎫1-12+⎝⎛⎭⎫12-13+⎝⎛⎭⎫13-14+…+⎝⎛⎭⎫11 011-11 012=1-11 012=1 0111 012. 10.已知数列{a n }满足a n =n 2+λn ,n ∈N *,若数列{a n }是单调递增数列,则λ的取值范围是________.答案(-3,+∞)解析∵{a n }单调递增,∴当n ≥1时,a n +1-a n =(n +1)2+λ(n +1)-n 2-λn =2n +1+λ>0恒成立,即λ>-2n -1,∵n ≥1,∴(-2n -1)max =-3,∴λ>-3.11.(2021·北京丰台区模拟)设等比数列{a n }满足a 1+a 2=48,a 4+a 5=6,则log 2(a 1a 2a 3…a n )的最大值为________.答案15解析设公比为q ,则由已知得a 4+a 5a 1+a 2=a 4(1+q )a 1(1+q )=q 3=648=18,解得q =12,则a 1+a 2=a 1+12a 1=48,解得a 1=32,所以a n =32×⎝⎛⎭⎫12n -1=26-n .则a 1a 2a 3…a n =25×24×23×…×26-n =25+4+…+(6-n )=21122n n-+,又-n 2+11n =-⎝⎛⎭⎫n -1122+1214,且n ∈N *, 所以当n =5或6时,-n 2+11n 取得最大值为30,所以log 2(a 1a 2a 3…a n )的最大值为3022log 2=15.12.(2021·肇庆模拟)斐波那契数列因意大利数学家斐波那契以兔子繁殖为例引入,故又称为“兔子数列”,即1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,….在实际生活中,很多花朵(如梅花、飞燕草、万寿菊等)的瓣数恰是斐波那契数列中的数,斐波那契数列在现代物理及化学等领域也有着广泛的应用.斐波那契数列{a n }满足:a 1=a 2=1,a n +2=a n +1+a n (n ∈N *),则1+a 3+a 5+a 7+a 9+…+a 2021是斐波那契数列{a n }中的第________项.答案2022解析依题意,得1+a 3+a 5+a 7+a 9+…+a 2 021=a 2+a 3+a 5+a 7+a 9+…+a 2 021=a 4+a 5+a 7+a 9+…+a 2 021=a 6+a 7+a 9+…+a 2 021=…=a 2 020+a 2 021=a 2 022.四、解答题13.(2021·淄博模拟)在①S 5=50,②S 1,S 2,S 4成等比数列,③S 6=3(a 6+2)这三个条件中任选两个,补充到下面问题中,并解答本题.问题:已知等差数列{}a n 的公差为d (d ≠0),前n 项和为S n ,且满足________.(1)求a n ;(2)若b n -b n -1=2a n (n ≥2),且b 1-a 1=1,求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1b n 的前n 项和T n . 注:如果选择多种情况分别解答,按第一种解答计分.解(1)选择条件①②,由S 5=50,得5a 1+5×42d =5(a 1+2d )=50, 即a 1+2d =10,由S 1,S 2,S 4成等比数列,得S 22=S 1S 4,即4a 21+4a 1d +d 2=4a 21+6a 1d ,即d =2a 1,解得a 1=2,d =4,因此a n =4n -2.选择条件①③,由S 5=50,得5a 1+5×42d =5(a 1+2d )=50, 即a 1+2d =10;由S 6=3(a 6+2),得6(a 1+a 6)2=3a 1+3a 6=3a 6+6,即a 1=2, 解得d =4,因此a n =4n -2.选择条件②③,由S 1,S 2,S 4成等比数列,得S 22=S 1S 4,4a 21+4a 1d +d 2=4a 21+6a 1d ,即d =2a 1,由S 6=3(a 6+2),得6(a 1+a 6)2=3a 1+3a 6=3a 6+6, 即a 1=2,解得d =4,因此a n =4n -2.(2)由a 1=2,a n =4n -2可得b 1=3,b n -b n -1=2a n =8n -4,当n ≥2时,(b n -b n -1)+(b n -1-b n -2)+…+(b 2-b 1)=(8n -4)+(8n -12)+…+12=[(8n -4)+12](n -1)2=4n 2-4, 即b n -b 1=4n 2-4,则b n =4n 2-1,当n =1时,b 1=3,符合b n =4n 2-1,所以当n ∈N *时,b n =4n 2-1,则1b n =14n 2-1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1, 因此T n =12⎝⎛⎭⎪⎫11-13+13-15+…+12n -1-12n +1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n +1=n 2n +1. 14.(2021·株洲质检)由整数构成的等差数列{a n }满足a 3=5,a 1a 2=2a 4.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若数列{b n }的通项公式为b n =2n ,将数列{a n },{b n }的所有项按照“当n 为奇数时,b n 放在前面;当n 为偶数时,a n 放在前面”的要求进行“交叉排列”,得到一个新数列{c n },b 1,a 1,a 2,b 2,b 3,a 3,a 4,b 4,…,求数列{c n }的前(4n +3)项和T 4n +3.解(1)由题意,设数列{a n }的公差为d ,因为a 3=5,a 1a 2=2a 4,可得⎩⎪⎨⎪⎧a 1+2d =5,a 1·(a 1+d )=2(a 1+3d ), 整理得(5-2d )(5-d )=2(5+d ),即2d 2-17d +15=0,解得d =152或d =1, 因为{a n }为整数数列,所以d =1,又由a 1+2d =5,可得a 1=3,所以数列{a n }的通项公式为a n =n +2.(2)由(1)知,数列{a n }的通项公式为a n =n +2,又由数列{b n }的通项公式为b n =2n , 根据题意,得新数列{c n },b 1,a 1,a 2,b 2,b 3,a 3,a 4,b 4,…,则T 4n +3=b 1+a 1+a 2+b 2+b 3+a 3+a 4+b 4+…+b 2n -1+a 2n -1+a 2n +b 2n +b 2n +1+a 2n +1+a 2n +2 =(b 1+b 2+b 3+b 4+…+b 2n +1)+(a 1+a 2+a 3+a 4+…+a 2n +2)=2×(1-22n +1)1-2+(3+2n +4)(2n +2)2=4n +1+2n 2+9n +5.。
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精品文档 精品文档 高三理科数学小综合专题练习 ——数列 一、选择题 1.已知等差数列{an}满足a2+a4=4,a3+a5=10,则它的前10项的和S10= A.138 B.135 C.95 D.23
2.若}{na为等比数列,且a1a100=64,则log2a1+log2a2+log2a3+…+log2a100= A.200 B.300 C.400 D.500 3.设na是公差不为0的等差数列,12a且136,,aaa成等比数列,则na的前n项和nS=
A.2744nn B.2533nn C.2324nn D.2nn 4.数列na的首项为3,{}nb为等差数列且1(*)nnnbaanN.若则3102,12bb,则8a( ) A.0 B.3 C.8 D.11 5.一个正整数数表如右(表中下一行中的数 的个数是上一行中数的个数的2倍)则第 8行的第5个数是 A.68 B.132 C.133 D.260 二、填空题
6.已知数列{na}中,11a,若111(0)nnnnnaaaaa,则na= .
7.在数列{na}中,已知32nnS,则na= . 8.已知数列{na}中,13a,121nnaa,则na . 9.设等比数列}{na的公比为q,前n项和为nS,若12,,nnnSSS成等差数列,则q的值为 . 10.定义“等和数列”:在一个数列中,如果每一项与它的后一项的和都为同一个常数,那
么这个数列叫做等和数列,这个常数叫做该数列的公和.已知数列{}an是等和数列,且
a12,公和为5,那么a18的值为_____,这个数列的前n项和Sn的计算公式为______.
三、解答题 11.已知等比数列{}na的各项均为正数,且212326231,9aaaaa.
第1行 1 第2行 2 3 第3行 4 5 6 7 …… …… 精品文档
精品文档 (1)求数列{}na的通项公式; (2)设31323logloglognnbaaaL,求数列1{}nb的前n项和.
12.设数列{an}的前n项和为Sn,且方程x2-anx-an=0有一根为Sn-1,n=1,2,3,…. (1)求a1,a2; (2){an}的通项公式.
13.在数列{}na中,已知112(1)2,,252nnnnnnanaabana,11(1)2nnnnaacnn. (1)求11,bc的值; (2)求证数列{}nb是等比数列,并求数列{}na的通项公式; (3)求数列{}nc前n项和nT,并求nT的最小值.
14.已知数列na的前n项和11()22nnnSa(n为正整数). (1)令2nnnba,求证:数列nb是等差数列,并求数列na的通项公式; (2)令1nnncan,12........nnTccc试比较nT与3的大小,并予以证明。
15.数列{}na中,1111,30(2)nnnnaaaaan. (1)求数列{}na的通项; 精品文档 精品文档 (2)若11nnaa对任意2n的整数恒成立,求实数的取值范围; (3)设数列nnba,{}nb的前n项和为nT,求证:2(311)3nTn.
16.设数列{}na满足10a且111111nnaa. (1)求{}na的通项公式; (2)设11nnabn,记1nnkkSb,证明:1nS.
17.已知公差不为0的等差数列{}na的首项1a为()aaR,设数列的前n项和为nS,且124111,,
aaa,成等比数列.
(1)求数列{}na的通项公式及nS. (2)记1231111nnASSSSL,212221111nnBaaaaL,当2n时,试比较nA与nB的大小.
18.等比数列{na}的前n项和为nS,已知对任意的nN,点(,)nnS,均在函数(0xybrb且1,,bbr均为常数)的图像上. 精品文档 精品文档 (1)求r的值; (2)当b=2时,记 22(log1)()nnbanN,证明:对任意的nN ,不等式
1212111·······1nn
bbbnbbb
成立.
参考答案 一、选择题 1.C 2.A 3.A 4.B 5.B 二、填空题
6.n 7.5,121,2nnann 8.121n 9.-2
10.3 5(25122nnnSnn当为偶数)(当为奇数) 三、解答题 11.解:(1)设数列{}na的公比为q,由23269aaa得32234199aaq.
由条件可知0q,故13q. 由12231aa得11231aaq,所以113a. 故数列{}na的通项式为13nna. (2)31323logloglognnbaaaL (12...)(1)2nnn 精品文档 精品文档 故12112()(1)1nbnnnn
12111111112...2((1)()...())22311nnbbbnnn
所以数列1{}nb的前n项和为21nn.
12.解:(1)当n=1时,x2-a1x-a1=0有一根为S1-1=a1-1, 于是(a1-1)2-a1(a1-1)-a1=0,解得a1=12.
当n=2时,x2-a2x-a2=0有一根为S2-1=a2-12, 于是(a2-12)2-a2(a2-12)-a2=0,解得a1=16. (2)由题设(Sn-1)2-an(Sn-1)-an=0, 即Sn2-2Sn+1-anSn=0. 当n≥2时,an=Sn-Sn-1,代入上式得 Sn-1Sn-2Sn+1=0 ①
由(1)知S1=a1=12,S2=a1+a2=12+16=23.
由①可得S3=34. 由此猜想Sn=nn+1,n=1,2,3,…. 下面用数学归纳法证明这个结论. (i)n=1时已知结论成立.
(ii)假设n=k时结论成立,即Sk=kk+1,
当n=k+1时,由①得Sk+1=12-Sk,即Sk+1=k+1k+2, 故n=k+1时结论也成立. 综上,由(i)、(ii)可知Sn=nn+1对所有正整数n都成立.
于是当n≥2时,an=Sn-Sn-1=nn+1-n-1n=1n(n+1), 又n=1时,a1=12=11×2,所以 {an}的通项公式an=1n(n+1),*)nN(. 精品文档 精品文档 13.解:(1)111512222ba,
∵121244852219215aaa, ∴12122825922845aac (2)证明:由12(1)2nnnnaaan1212nnnannaa,
∵111121221222nnnnnnnnbaannbaa(常数)()nN ∴数列{}nb是等比数列. ∵1111()()22nnnbb,
∴2nnnba1()2n1221nnnna. (3)∵11(1)2nnnnaacnn 112112122(1)221112121()(1)2(21)(21)22121nnnnnnnnnnnnnn
∴nT123nccccL 2334121111111[()()()]2212121212121nnL
2111()2521n. 精品文档 精品文档 ∵1132231111112()()025212521(21)(21)nnnnnnnTT, ∴1nnTT, 故数列{nT}是单调递增数列, ∴11112()25945nTT. ∴nT的最小值是245. 14解:(1)在11()22nnnSa中,令n=1,可得1112nSaa,即112a 当2n时,21111111()2()22nnnnnnnnnSaaSSaa,, 11n1112a(),212nnnnnaaan即2.
112,1,n21nnnnnnbabbbQn即当时,b.
. 又1121,ba数列nb是首项和公差均为1的等差数列.
于是1(1)12,2nnnnnnbnnaa. (2)由(1)得11(1)()2nnnncann,所以 23111123()4()(1)()2222nnTnK
2341111112()3()4()(1)()22222nnTnK
由①-②得231111111()()()(1)()22222nnnTnK 11111[1()]133421(1)()122212332nnnnnnnnT
∴3332nnnT.