最新高考数学二轮复习-专题三-第2讲-数列求和及其综合应用-学案讲义
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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,有的是相邻项抵消,有的是间隔项抵消.常见的裂项方式有:1
nn+k
=1
k1
n
-1n+k;
1
4n2-1
=1
21
2n-1
-1
2n+1.
2.错位相减法求和,主要用于求{a
nb
n}的前n项和,其中{a
n},{b
n}分别为等差数列和等比
数列.
考向1分组转化法
例1(2023·枣庄模拟)已知数列{an}的首项a
1=3,且满足a
n+1+2a
n=2n+2.
(1)证明:{a
n-2n}为等比数列;
(2)已知
b
n=a
n,n为奇数,
log
2a
n,n为偶数,T
n为{b
n}的前n项和,求T
10.
(1)证明由a
n+1+2a
n=2n+2可得
a
n+1-2n+1=2n+1-2an=-2(a
n-2n).
又a1-21=1≠0,
所以{an-2n}是以1为首项,-2为公比的等比数列.
(2)解由(1)可得a
n-2n=(-2)n-1,
即an=2n+(-2)n-1.
当n为奇数时,bn=a
n=2n+(-2)n-1=3×2n-1;
当n为偶数时,bn=log
2a
n=log
2[2n+(-2)n-1]
=log22n-1=n-1.
所以T10=(b
1+b
3+b
5+b
7+b
9)+(b
2+b
4+b
6+b
8+b
10)
=(3+3×22+3×24+3×26+3×28)+(1+3+5+7+9)
=3×1-45
1-4+1+9×5
2=1048.考向2裂项相消法
例2(2023·沈阳质检)设n∈N*,向量AB→
=(n-1,1),AC→
=(n-1,4n-1),an=AB→
·AC→
.
(1)令b
n=a
n+1-an,求证:数列{b
n}为等差数列;
(2)求证:1
a
1+1
a
2+…+1
a
n<3
4.
证明(1)由题意可得an=AB→
·AC→
=(n-1)2+4n-1=n2+2n,
则bn=a
n+1-an=[(n+1)2+2(n+1)]-(n2+2n)=2n+3,
可得bn+1-bn=(2n+5)-(2n+3)=2,
故数列{bn}是首项b
1=5,公差d=2的等差数列.
(2)由(1)可得1
a
n=1
n2+2n
=1
21
n
-1
n+2,
则1a
1+1a
2+…+1
an
=1
2×1-1
3+1
2-1
4+…+1
n
-1n+2
=
1
2
×3
2-1
n+1
-1
n+2,
∵1
n+1>0,1
n+2>0,
故1a
1+1a
2+…+1
a
n=
1
2×3
2-1
n+1
-1n+2<3
4.
考向3错位相减法
例3(2023·全国甲卷)记Sn为数列{a
n}的前n项和,已知a
2=1,2S
n=na
n.
(1)求{a
n}的通项公式;
(2)
求数列a
n+1
2n的前n项和Tn.
解(1)因为2Sn=na
n,
当n=1时,2a1=a
1,即a
1=0;
当n=3时,2(1+a3)=3a
3,即a
3=2,
当n≥2时,2Sn-1=(n-1)a
n-1,
所以2Sn-2S
n-1=na
n-(n-1)a
n-1=2a
n,
化简得(n-2)an=(n-1)a
n-1,则当n≥3时,an
a
n-1=n-1
n-2,
则an
a
n-1·a
n-1
a
n-2·…·a3
a
2
=n-1
n-2·n-2
n-3·…·2
1,
即an
a
2=n-1,
又因为a2=1,
所以an=n-1,
当n=1,2时都满足上式,
所以an=n-1,n∈N*.
(2)令b
n=a
n+1
2n=n
2n,
则Tn=b
1+b
2+…+b
n-1+bn
=1
2+2
22+…+n-1
2n-1+n
2n,①1
2T
n=1
22+2
23+…+n-1
2n+n
2n+1,②
由①-②得1
2T
n=1
2+1
22+1
23+…+1
2n-n
2n+1
=
1
21-1
2n
1-1
2-n2n+1=1-2+n
2n+1,
即Tn=2-2+n
2n.
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)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“Sn-qS
n”的表达式.
跟踪演练1(1)(2023·淮南模拟)已知数列{an}满足a
n+1-a
n=2n,且a1=1.
①求数列{an}的通项公式;
②设bn=a
n+1
a
na
n+1,求数列{bn}的前n项和T
n.
解①∵数列{an}满足a
n+1-an=2n,且a1=1,∴当n≥2时,
a
n=(a
n-a
n-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a
1)+a
1=2n-1+2n-2+…+2+1=2n-1.
当n=1时也成立,∴an=2n-1(n∈N*).
②bn=a
n+1
a
na
n+1=2n
2n-12n+1-1
=1
2n-1-1
2n+1-1,
∴数列{bn}的前n项和
T
n
=1
2-1
-1
22-
1+1
22-1
-1
23-
1+…+1
2n-1
-1
2n+1-1=1-1
2n+1-1.
(2)(2023·浙江省强基联盟模拟)已知a
1=1,{a
n+1}是公比为2的等比数列,{b
n}为正项数列,
b
1=1,当n≥2时,(2n-3)b
n=(2n-1)b
n-1.
①求数列{an},{b
n}的通项公式;
②记cn=a
n·b
n.求数列{c
n}的前n项和T
n.
解①因为数列{an+1}为等比数列,公比为2,首项为a
1+1=2,所以a
n+1=2×2n-1=2n,
所以an=2n-1(n∈N*),
由(2n-3)bn=(2n-1)b
n-1,
推得b
n
b
n-1=2n-1
2n-3(n≥2),
所以b
2b
1=31,b
3b
2=5
3,b
4
b
3=7
5,…,
b
n
b
n-1=2n-1
2n-3(n≥2),
故b
n
b
n-1·b
n-1
b
n-
2·…·b
2
b
1=2n-1
2n-3·2n-3
2n-5·…·3
1(n≥2),又b
1=1,
所以当n≥2时,bn=2n-1
1b
1=2n-1,又b
1=1符合上式,
所以bn=2n-1(n∈N*).
②由题可得cn=2n(2n-1)-(2n-1),
令dn=2n(2n-1),{d
n}的前n项和为P
n.
所以Pn=1×21+3×22+5×23+…+(2n-1)2n,
2P
n=1×22+3×23+5×24+…+(2n-3)2n+(2n-1)2n+1,
两式相减得-Pn=2+2(22+23+…+2n)-(2n-1)2n+1,所以Pn=(2n-1)2n+1-2-2(2n+1-4),
所以Pn=6+(2n-3)2n+1.
令en=2n-1,{e
n}的前n项和为E
n,