高考数学二轮复习 考前专题四 数列、推理与证明 第2讲 数列的求和问题讲学案 理
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2024届高三数学二轮专题复习教案——数列一、教学目标1.知识目标掌握数列的基本概念、性质和分类。
熟练运用数列的通项公式、求和公式。
能够解决数列的综合应用题。
2.能力目标提高学生分析问题和解决问题的能力。
培养学生的逻辑思维能力和创新意识。
二、教学内容1.数列的基本概念数列的定义数列的项、项数、通项公式数列的分类2.数列的性质单调性周期性界限性3.数列的求和等差数列求和公式等比数列求和公式分段求和4.数列的综合应用数列与函数数列与方程数列与不等式三、教学重点与难点1.教学重点数列的基本概念和性质数列的求和数列的综合应用2.教学难点数列求和的技巧数列与函数、方程、不等式的综合应用四、教学过程1.导入新课通过讲解一道数列的典型例题,引导学生回顾数列的基本概念、性质和求和公式,为新课的学习做好铺垫。
2.数列的基本概念(1)数列的定义:按照一定规律排列的一列数叫做数列。
(2)数列的项:数列中的每一个数叫做数列的项。
(3)数列的项数:数列中项的个数。
(4)数列的通项公式:表示数列中任意一项的公式。
(5)数列的分类:等差数列、等比数列、斐波那契数列等。
3.数列的性质(1)单调性:数列的项随序号增大而增大或减小。
(2)周期性:数列中某些项的值呈周期性变化。
(3)界限性:数列的项有最大值或最小值。
4.数列的求和(1)等差数列求和公式:S_n=n/2(a_1+a_n)(2)等比数列求和公式:S_n=a_1(1q^n)/(1q)(3)分段求和:根据数列的特点,将数列分为若干段,分别求和。
5.数列的综合应用(1)数列与函数:利用数列的通项公式研究函数的性质。
(2)数列与方程:利用数列的性质解决方程问题。
(3)数列与不等式:利用数列的性质解决不等式问题。
6.课堂练习(2)已知数列{a_n}的通项公式为a_n=n^2+n,求证数列{a_n}为单调递增数列。
(3)已知数列{a_n}的前n项和为S_n=n^2n+1,求证数列{a_n}为等差数列。
第 2 讲 数列的乞降问题高考 数列乞降的考 主要以解答 的形式出 ,通 分 化、 位相减、裂 相消等方 法求一般数列的和,体 化与化 的思想.点一 分 化乞降有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通 打开或 形,可 化 几个等差、等比数列或常 的数列,即先分 乞降,而后再归并.例 1 (2017 届安徽省合肥市模 )已知等差数列 { a n } 的前 n 和 S n ,且 足 S 4= 24,S 7= 63.(1) 求数列 { a n } 的通 公式;(2) 若 b n 2a n ( 1)n a n ,求数列 { b n } 的前 n 和 T n .解 (1)∵ { a n } 等差数列,S 4= 4a 1+ 4×32 d = 24,a 1 =3, ∴?? a n =2n + 1.S 7= 7a 1+7×6 d = 22 d = 63(2) ∵ b n 2 a nn( 1) a n= 22n +1+ (- 1)n ·(2n + 1)= 2·4n + (- 1)n ·(2n +1),1 2n n(2n +1)] =8 4n - 1∴ T n = 2(4 + 4+⋯+ 4 )+[- 3+5-7+9-⋯ +(-1)+G n ,3*n当 n = 2k(k ∈N ) , G n = 2× = n ,2∴T n = 8 4n- 1 + n ,3当 n = 2k - 1(k ∈ N * ) ,n - 1G n = 2× 2 - (2n +1)=- n - 2,∴ T n =8 4n - 1- n -2, 38 4n - 1+ n , n = 2k , k ∈ N * ,3∴ T n =8 4n- 1*.3- n - 2, n = 2k - 1, k ∈ N思 升 在 理一般数列乞降 ,必定要注意使用 化思想.把一般的数列乞降 化 等差数列或等比数列 行乞降,在乞降 要剖析清楚哪些 组成等差数列,哪些 组成等比数列,清楚正确地求解.在利用分 乞降法乞降 ,因为数列的各 是正 交替的,所以一般需要 数 n 行 ,最后再 能否能够归并 一个公式.追踪演1(2017 届北京市旭日区二模 )已知数列 { a n } 是首 a 1= 13,公比 q =13的等比数列.b n2log 1a n1(n) .3(1) 求 :数列 { b n } 等差数列;(2) c n = a n + b 2n ,求数列 { c n } 的前 n 和 T n .(1) 明1 1 n -1 1 n , 由已知得 a n = · =33 3所以b n2log1 (1 )n3312n1(nN ) ,b n + 1-b n = 2(n + 1)- 1-2n + 1= 2.所以数列 { b n } 是以 1 首 , 2 公差的等差数列.(2) 解 由 (1)知, b 2n = 4n -1,数列 { b 2n } 是以 3 首 , 4 公差的等差数列.c n = a n + b 2n =1 n+ 4n - 1,31 11nT n = 3 +9 + ⋯ + 3 + 3+ 7+ ⋯+ (4n - 1)1 1 n3×1- 33+ 4n -1 ·n =1 +2 . 1-321 1 1 n *即 T n = 2n + n + 2- 2·3 (n ∈ N ).点二 位相减法乞降位相减法是在推 等比数列的前n 和公式 所用的方法, 种方法主要用于求数列 { a n ·b n }的前 n 和,此中 { a n } , { b n } 分 是等差数列和等比数列.例 2 (2017 ·河南省夏邑一高模 )已知 { a n } 是等差数列,其前 n 和 S n , { b n } 是等比数列,且 a 1= b 1= 2,a 4+ b 4= 27, S 4- b 4=10.(1) 求数列 { a n } 与 { b n } 的通 公式;(2) 求 T n = a 1b 1+ a 2b 2+ ⋯ +a n b n 的 .解 (1) 等差数列 { a n } 的公差 d ,等比数列 { b n } 的公比 q ,由 a 1= b 1= 2,得 a 4= 2+ 3d , b 4= 2q 3, S 4= 8+ 6d ,2+ 3d +2q 3= 27, 由条件得方程8+ 6d -2q 3= 10,d = 3,解得q = 2,故 a n = 3n - 1, b n = 2n (n ∈ N * ).(2) T n =2×2+ 5×22+ 8×23+ ⋯ + (3n -1) ×2n , ①2T n = 2×22+5×23+ 8×24+ ⋯ +(3n - 1) ×2n +1, ②① — ②,得- T n = 2×2 + 3×22+ 3×23+ ⋯ + 3×2n - (3n - 1) ×2n +1= 3×2+ 3×22+ 3×23 + ⋯ + 3×2n- 2- (3n -1) ×2n +12 1- 2n += 3×- 2- (3n - 1) ×2n 11- 2= (4- 3n)2n +1- 8, ∴ T n = 8+(3n - 4) ·2n +1.思 升 (1) 位相减法合用于求数列{ a n ·b n } 的前 n 和,此中 { a n } 等差数列, { b n } 等比数列.(2) 所 “ 位 ”,就是要找 “同 ”相减. 要注意的是相减后获得部分求等比数列的和, 此 一定要 清其 数.(3) 保 果正确,可 获得的和取 n =1,2 行 .追踪演 2(2017 ·江西省 州市十四 (市 ) 考 )等差数列 { a n } 的前 n 和 S n ,已知 a 2 = 7,a 3 整数,且S n 的最大 S 5.(1) 求{ a n } 的通 公式;a n(2) b n = n ,求数列 { b n } 的前 n 和 T n .2解(1)由 a 2= 7,a 3 整数知,等差数列{ a n } 的公差 d 整数.又 S n ≤S 5,故 a 5≥0, a 6≤0,解得- 7≤d ≤- 7,34所以 d =- 2,数列 { a n } 的通 公式a n =11-2n(n ∈ N *).a n 11- 2n (2) 因b n=2n =2n,9 7 511- 2n所以 T n =2+ 22+23+ ⋯ +2n ,①1 9 75+ ⋯+11- 2n ,②T n = 2+3 +4 n +1222 2 2由②-①,得- 1T n =- 9+ 2 1 1 +⋯ + 111- 2n + 2 n - 1+ n +1 ,2 2 2 2 2 21 7 7- 2n整理得-2T n=- 2+2n +1 ,所以 T n =7+2n - 7*).2 n(n ∈ N点三 裂 相消法乞降裂 相消法是指把数列和式中的各 分 裂开后,某些 能够互相抵消进而乞降的方法,主要合用于1 或1 (此中 { a n } 等差数列 )等形式的数列乞降.a n a n+1a n a n+2例 3 (2017 届湖南省郴州市 量 )已知等差数列 { a*= 3,且 λSn } 的前 n 和 S n (n ∈N ),a 3n= a n a n + 1,在等比数列 { b n } 中, b 1= 2λ,b 3= a 15+1.(1) 求数列 { a n } 及 { b n } 的通 公式;(2) 数列 { c n } 的前 n 和 T n (n ∈ N*),且 S n + nc n = 1,求 T n .2解 (1)∵ λS= a+, a = 3,nn a n 13∴ λa 1= a 1a 2,且 λ(a 1 +a 2)=a 2a 3= 3a 2,∴ a 2= λ,a 1 +a 2= a 3= 3, ① ∵数列 { a n } 是等差数列,∴ a 1+ a 3= 2a 2, 即 2a 2- a 1= 3,②由①②得 a 1= 1, a 2= 2,∴ a n = n , λ= 2,∴ b 1= 4, b 3 =16, b n =2n + 1 或 b n = (- 2)n +1(n ∈ N *) .(2) ∵S n =n1+ n,∴ c n =2 ,2n n +2∴ T n = 2+2+2+⋯+2 + 21×3 2×4 3×5n -1 n +1 n n + 2=1- 1+1-1+1-1+⋯+1-1+ 1-1=2n + 33- 23 24 3 5n - 1 n + 1nn +22 n + 3n + 2.思 升(1) 裂 相消法的基本思想就是把通a n 分拆成 a n =b n + k - b n ( k ≥1, k ∈ N * )的形式,进而在乞降 达到某些 相消的目的, 在解 要擅长依据 个基本思想 数列{ a n } 的通公式,使之切合裂 相消的条件.(2) 常用的裂 公式①若 { a n } 是等差数列,1 = 1 1 - 1 , 1 +=1 1 - 1;+n + 1ann +2an n 1 d n n 22daa a a a②1 =1-1, 1 =11- 1 ;n n + 1 n n + 1 n n + k k n n + k111 -1③2n - 1 2n + 1=2 2n - 1 2n + 1 ;1 1 1 -1④ n n + 1 n + 2 =2 n n + 1 n + 1 n + 2 ;⑤1= n + 1- n ,1= 1k ( n +k - n).n + n +1n + n + k追踪演 3(2017 ·吉林省吉林市一般高中 研)已知等差数列 { a n } 的前 n 和 S n ,公差 d ≠0,且 a 3+ S 5= 42, a 1, a 4, a 13 成等比数列.(1) 求数列 { a n } 的通 公式;1(2) 数列 b n =,求数列 { b n } 的前 n 和 T n .a n -1a n解 (1) 数列 { a n } 的首 a 1,因 等差数列 { a n } 的前 n 和 S n ,a 3+ S 5= 42,a 1, a 4,a 13 成等比数列.5×4所以 a 1+2d +5a 1+2 d = 42,2a 1+ 3d = a 1 a 1+ 12d .又公差 d ≠0,所以 a 1= 3,d = 2,所以 a n = a 1+ (n -1)d = 2n + 1.1(2) 因 b n =,a n -1a n所以 b n =1=11 - 1,2n - 1 2n + 12 2n - 1 2n + 1T n = b 1+ b 2+ b 3 +⋯ + b n=11+1-1+⋯+1 - 12 1-3 3 52n -1 2n +1n=2n + 1.真 体n 1=________.1. (2017 ·全国Ⅱ )等差数列 { a n } 的前 n 和 S n , a 3= 3, S 4=10,k = 1 S k答案2nn +1分析等差数列 { a n } 的公差 d ,a 3= a 1+ 2d = 3,a 1= 1,由4×3得S 4= 4a 1+2 d = 10, d = 1.∴ S n = n ×1+n n - 1×1=n n +1,221 =2 = 2 1- 1.nn n + 1n n + 1S∴ n1 =1+1+1+⋯+1k = 1 S kS 1 S 2S 3S n1 1 1 1 1 11= 2 1- 2+ 2- 3+3- 4+ ⋯ +n -n +11 2n = 21-n + 1 = n +1.2. (2017 ·天津 )已知 { a n } 等差数列,前n 和 S n (n ∈ N * ), { b n } 是首2 的等比数列,且公比大于 0, b 2+ b 3= 12, b 3= a 4- 2a 1, S 11=11b 4.(1) 求{ a n } 和{ b n } 的通 公式;(2) 求数列 { a 2n b 2n -1 } 的前 n 和 (n ∈ N * ).解 (1) 等差数列 { a n } 的公差 d ,等比数列 { b n } 的公比 q. 由已知 b 2+ b 3= 12,得 b 1(q + q 2)= 12,而 b 1= 2, 所以 q 2+ q -6= 0.又因 q>0,解得 q = 2,所以 b n = 2n .由 b 3= a 4- 2a 1,可得 3d -a 1= 8, ① 由 S 11= 11b 4,可得 a 1+ 5d = 16,②立①②,解得 a 1=1, d = 3,由此可得 a n = 3n - 2.所以数列 { a n } 的通 公式 a n = 3n -2,数列 { b n } 的通 公式b n = 2n .(2) 数列 { a 2n b 2n -1 } 的前 n 和 T n ,由 a 2n =6n - 2,b 2n -1 =2×4n -1,得 a 2n b 2n - 1=(3n -1) ×4n ,故 T n = 2×4+ 5×42+ 8×43 +⋯ + (3n - 1) ×4n , ③4T n = 2×42+5×43+ 8×44+ ⋯ +(3n - 4) ×4n + (3n - 1) ×4n +1, ④③-④,得- 3T n =2×4+ 3×42 + 3×43+ ⋯ + 3×4n - (3n - 1) ×4n + 1n=12×1- 4 - 4- (3n - 1) ×4n +11- 4=- (3n - 2) ×4n +1- 8,3n - 2 n +18 .得 T n = 3 ×4+3所以数列 { a 2n b 2n -1} 的前 n 和3n - 2n +18 3×4 +.3押1.已知数列 { a n } 的通 公式n + 2,其前 n 和 S n ,若存在 M ∈ Z , 足 随意a n = n2 n n + 1的 n ∈ N * ,都有 S n <M 恒建立,M 的最小 ________.押 依照 数列的通 以及乞降是高考要点考 的内容,也是《考 大 》中明确提出的知 点,年年在考,年年有 , 的是 的外壳,即在 的条件上有 革,有 新,但在 中有不 性,即解答 的常用方法有 律可循.答案 1分析n + 2=2 n +1 - n因 a n = n2nn n + 12 n n + 111= 2n-1n - 2n n + 1 ,所以 S n =1 - 1 + 1 1+ ⋯+ 111,0 11 -2 ×3 n -1 -nn + 1= 1- n2 ×1 2 ×2 2×2 2 2 n 22 n + 1因为 1-n 1<1,所以 M 的最小 1.2 n + 12.已知数列 { a n } 的前 n 和 S n 足 S n =a(S n -a n +1) (a 常数,且 a>0),且 4a 3 是 a 1 与 2a 2的等差中 .(1) 求{ a n } 的通 公式;(2)b n =2n + 1,求数列 { b n } 的前 n 和 T n .a n押 依照位相减法乞降是高考的要点和 点,本 先利用a n , S n 的关系求 a n ,也是高考出 的常 形式.解 (1)当 n = 1 , S 1= a(S 1- a 1+ 1),所以 a 1= a , 当 n ≥2 , S n = a(S n - a n +1) , ①S n - 1= a(S n -1- a n - 1+ 1), ②由①-②,得a n = a ·a n - 1,即 a n=a ,a n - 1故 { a n } 是首 a 1 =a ,公比a 的等比数列,n -1n所以 a n = a ·a = a .故 a 2= a 2, a 3= a 3.由 4a 3 是 a 1 与 2a 2 的等差中 ,可得 8a 3= a 1+ 2a 2,即 8a 3= a + 2a 2,因 a ≠0,整理得8a 2- 2a - 1= 0,即 (2a - 1)(4a + 1)= 0,解得 a =1或 a =-1(舍去 ),24 故 a n = 1 n12 = 2 n .(2) 由(1) 得 b n =2n + 1=(2n + 1) ·2n ,a n23n -1+ (2n + 1) ×2 n所以 T n =3×2+ 5×2 + 7×2 + ⋯ + (2n -1) ×2 ,①2T n = 3×22+5×23+ 7×24+ ⋯ +(2n - 1) ·2n + (2n + 1) ×2n +1,②由①-②,得- T n =3×2+ 2(22+ 23+⋯ + 2n )- (2n + 1) ×2n +122-2n +1n +1=6+ 2×- (2n +1) ×21- 2=- 2+2n +2- (2n + 1) ×2n +1=- 2-(2n - 1) ×2n +1,所以 T n =2+ (2n - 1) ×2n +1.A 通关1.(2017 届湖南 大附中月考 )已知数列 { a n } ,{ b n } 足 a 1= 1,且 a n ,a n +1 是方程 x 2- b n x + 2n = 0 的两根, b 10 等于 ( )A .24B . 32C . 48D . 64答案 D分析由已知有 a n a n + 1= 2n,∴ a n + 1a n + 2= 2n + 1,a n+2= 2,所以数列 { a n } 奇数 、偶数 分a n公比2 的等比数列, 能够求出 a 2= 2,所以数列 { a n } 的 分1,2,2,4,4,8,8,16,16,32,32 ,⋯,而 b n = a n + a n + 1,所以 b 10= a 10+ a 11= 32+ 32= 64,故 D.2.(2017 届 西省渭南市) S n等差数列 { a n } 的前 n 和, a 2= 3,S 5= 25,若1的a n a n +1前 n 和1 008, n 的 ()2 017 A .504B . 1 008C . 1 009D . 2 017答案 B分析等差数列 { a n } 的首 a 1 ,公差 d ,a 1+ d =3,解得 a 1= 1,d = 2,5a 1+ 5×4d = 25,2所以 a n = a 1+ (n -1)d = 2n - 1, 又因1 + 1 +1+⋯+1a+a a=1+ 1 + 1 + ⋯ + 1 1×3 3×5 5×7 2n - 1 2n + 1111- 1 1- 1= 2 1-3 + 3 5 + 57 +⋯+1 1-2n - 1 2n + 1 =11 =1 008,21-2n +12 017 解得 n =1 008,故 B.3. (2017 届江西省 潭市模 )已知函数 f(n)= n 2cos(n π),且 a n = f(n)+ f(n +1), a 1 + a 2 +⋯+ a 100 等于 ( ) A .- 100 B . 0 C . 100 D . 10 200答案 A分析a 1=- 1+ 22,a 2= 22- 32,a 3=-32+42,a 4=42-52,⋯,所以 a 1+ a 3+ ⋯ + a 99= (- 1+ 22 )+ ⋯+ (- 22+ (3 + 4)+⋯+(99+100)= 5 050, a 2+ a 4+ ⋯ + a 100 = (2 2299 +100 )=(1+2) -3 )+⋯+(1002- 1012)=- (2+3+⋯+100+101)=-5 150,所以 a 1+ a 2+ ⋯ +a 100= 5 050- 5 150=- 100.4. (2017 届广 省潮州市模)已知 S n 数列 { a n } 的前 n 和,a n = 2·3n -1 (n ∈ N *),若 b n =a n +1 , b +b +⋯ + b = ____________.S n S n + 1 1 2 n答案11- n +1- 12 3a n +12·3n分析 因a n = 2·3n -1= 3,所以数列 { a n } 等比数列.所以 S n =a 1 1- qn= 2 1-3n= 3n -1,1-q1- 3又b n= a n+1=S n+1- S n= 1 - 1 ,S n S n+1 S n S n+1S n S n+1b + b +⋯+ b =1-1+1-1+⋯+ 1 - 1=1-1=1-+1++-S35. (2017 届安徽蚌埠摸底)于随意数x, [x] 表示不超x 的最大整数,如 [- 0.2]=- 1, [1.72]= 1,已知 a n=n(n∈N*),S n数列 { a n} 的前和,S2 017= ________. 3答案677 71212345678分析因为3=0,3=0,3= 3 =3=1,3= 3=3= 2,依据个律,后边每 3都是同样的数, 2 017-2= 671×3+ 2,后余 2 ,1+ 671所以 S2 017=×671×3+672+672=677 712.26.等比数列 { a n} 中, a1,a2, a3分是下表第一、二、三行中的某一个数,且a1, a2,a3中的任何两个数不在下表的同一列 .第一列第二列第三列第一行3210第二行6414第三行9818(1)求数列 { a n} 的通公式;(2)若数列 { b n} 足 b n= a n+( -1) n ln a n,求数列 { b n} 的前 n 和 S n.解 (1)当 a1= 3 ,不合意;当 a1= 2 ,当且当 a2= 6, a3=18 ,切合意;当 a1=10 ,不合意.所以 a1= 2,a2= 6, a3= 18,所以公比q= 3.故 a n= 2·3n-1 (n∈N* ).(2) 因 b n= a n+ (- 1)n ln a n=2·3n-1+ (-1) n n- 1 ln(2 3· )=2·3n-1+ (-1) n[ln 2 + (n- 1)ln 3]=2·3n-1+ (-1) n(ln 2 - ln 3) + (- 1)n nln 3 ,所以 S=2(1+3+⋯+ 3n-1) +[-1+1-1+⋯+ (- 1)n ] ·(ln 2 - ln 3) +[ -1+2-3+⋯+ (- 1)n n]ln 3.n当 n 偶数,1- 3n n n nln 3 - 1;S n= 2×+ ln 3 = 3+1- 322当 n 奇数,nn - 1 S n =1- 3-(ln 2 -ln 3) +2× - n ln 31- 32n- n - 1= 3 2 ln 3 - ln 2 - 1.n n3+ ln 3 - 1,n 偶数,上所述, S n =2n - 1n -3 2 ln 3 -ln 2 - 1, n 奇数 .7. (2017 届山 省胶州市一般高中期末 )正 数列{ a n }的前 n 足: S n 2- ( n 2+ n - 1)S nn 和 S- (n 2+ n)= 0.(1) 求数列 { a n } 的通 公式 a n ;= n + 1, 明: 于随意的n ∈ N *,都有 T52 2,数列 { b n }的前 n 和 T nn < .(2) 令 b nn + 2 a n64(1) 解 由 S 2n - (n 2+ n -1)S n -( n 2+ n) =0,得 [S n - (n 2 +n)]( S n + 1)= 0.因为 { a n } 是正 数列,所以 nn = n 2+ n.S >0,S 当 n = 1 , a 1= S 1= 2,当 n ≥2 , a n = S n -S n -1= n 2+ n - (n -1) 2- (n -1)= 2n.上可知,数列 { a n } 的通 公式a n = 2n.n + 1(2) 明 因为 a n = 2n , b n =2 2, n + 2 a nn + 1111所以 b n=4n 2n +22=16 n2-n + 22.T n = 11- 11 1 1 1 12-3 2+ 2- 2+ 2- 2 + ⋯ + 116 24 3 5n - 1 11n + 1 2+ n2-n + 2 21111115=16 1+22 - n +12-n + 2 2<161+22= 64.8. (2017 届江西省南昌市模 )已知等差数列 { a n } 的前 n 和 S n ,且 a 1= 1, S 3+ S 4= S 5.(1) 求数列 { a n } 的通 公式;(2) 令 b n = (- 1)n -1a n a n + 1,求数列 { b n } 的前 2n 和 T 2n .解 (1) 等差数列 { a n } 的公差 d ,由 S 3+S 4= S 5,可得 a 1+ a 2+ a 3 =a 5 ,即 3a 2= a 5,所以 3(1+ d)= 1+4d ,解得 d = 2. 所以 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·(4n 2- 1),所以 T 2n = (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]=-2n 2n + 14(1+ 2+ 3+ 4+⋯ + 2n - 1+ 2n)=- 4× =- 8n 2-4n.2B能力提升9. (2017 ·湖北省 、 、襄、宜四地七校考 盟 考)已知数列 { a n } 足 a 1= 1, na n + 1= (n2n π+ 1)a n + n(n + 1),且 b n = a n cos, S n 数列 { b n } 的前 n 和, S 24 等于 ()3A .294B . 174C . 470D . 304答案 D分析由 na + = (n + 1)a + n(n + 1),得a n+1=a n+ 1,所以数列a n等差数列,所以a n= 1+n 1nn + 1nnn- 1n 2, n = 3k +1, k ∈ N , 2( n - 1n = n 2, b n =1 2)×1= n ,a- n , n = 3k + 2, k ∈ N ,2n 2, n =3k + 3, k ∈ N ,所以 b 3k +1+ b 3k + 2+ b 3k +3= 9k +13, k ∈ N ,2S 24=9(0+ 1+ ⋯+ 7)+13×8= 304,故 D.22n π10. (2017 河·南省豫南九校 量考 )已知数列 { a n } 足 a 1 =1, a 2= 2,a n + 2= 1+ cos 2 a n +2n π sin 2 , 数列的前 21 的和 ________.答案2 1122n π2n π分析当 n 奇数 , cos 2= 0,sin 2 =1;2n π2n π当 n 偶数 , cos = 1, sin= 0,22所以当 n 奇数 有 a n + 2= a n + 1;n 偶数 a n + 2= 2a n ,即奇数 等差数列,偶数 等比数列.所以 S 21= (a 1+ a 3+ a 5+ ⋯+ a 21)+ (a 2+ a 4+ a 6+⋯ + a 20) = (1+ 2+ 3+ ⋯ + 11)+ (2+ 22+ ⋯ + 210)10= 12×11+2 2- 1= 6×11+ 211- 2= 2 112.22- 111.(2017 届江 如 高 中学等四校 考)已知数列 { a n } 足 a 1= 0,a 2= 1,且 随意 m ,n ∈ N * ,832都有 a 2m -1+ a 2n -1=2a m +n -1+4(m - n) .(1) 求 a 3, a 5;(2) b n = a 2n + 1- a 2n - 1(n ∈ N * ).①求数列 { b n } 的通 公式;② 数列1p , q ,且 1<p<q ,使得 S 1,S p , S q 成等比的前 n 和 S n ,能否存在正整数b n b n+1数列?若存在,求出 p , q 的 ,若不存在, 明原因.解 (1)由 意,令 m = 2,n = 1,a 3+ a 1= 2a 2+3(2- 1)2,解得 a 3= 1.432令 m = 3, n = 1, a 5+ a 1 =2a 3 +4(3- 1) , 解得 a 5= 5.(2) ①以 n + 2 取代 m ,得 a 2n +3 +a 2 n - 1= 2a 2n + 1+ 3,[a 2(n+1)+1- a 2(n+1)-1] - (a 2n + 1- a 2n -1 )= 3,即 b n + 1-b n = 3.所以数列 { b n } 是以 3 公差的等差数列.又 b 1= a 3- a 1= 1,所以 b n = 1+(n - 1) ×3= 3n - 2.②因1 = 13n - 2 3n + 1b n b n +1 11 -1=3 3n - 2 3n + 1,所以 S n =11-1 + 1-1+⋯+3 4 471 - 111n3n -= 31-3n + 1 =3n + 1.2 3n + 11pqS 1=4, S p = 3p + 1,S q =3q + 1.因 S 1, S p , S q 成等比数列,所以p 2,即 6p + 13q + 43p +1= 1· q2 =q .4 3q + 1p因 1< p<q ,所以3q + 4=3+ 4>3,即 6p + 1q2 >3.qp解得 3-2 3 3+ 2 33 <p<3 .又 1<p ,且 p ∈ N * ,所以 p = 2, q = 16.所以存在正整数 p = 2, q =16,使得 S 1,S p , S q 成等比数列.12.(2017 届江 泰州中学月考)已知各 都 正数的等比数列{ a n } 的前 n 和 S n ,数列 { b n }n , n 偶数,(n ∈N *),若 S 3= b 5+1, b 4 是 a 2 和 a 4 的等比中 .的通 公式 b n =n + 1, n 奇数(1) 求数列 { a n } 的通 公式;(2) 求数列 { a n ·b n } 的前 n 和 T n .解 (1)∵数列 { b n } 的通 公式n ,n 偶数,b n =(n ∈ N * ),n +1, n 奇数∴ b 5= 6, b 4 =4,各 都 正数的等比数列 { a n } 的公比 q ,q>0,∵ S 3= b 5+ 1=7,∴ a 1+ a 1q + a 1q 2= 7, ① 又 b 4 是 a 2 和 a 4 的等比中 ,∴ a 2a 4= a 23= b 24= 16,解得 a 3= a 1q 2= 4,②由①②得 3q 2- 4q - 4= 0,解得 q =2 或 q =-23(舍去 ),∴ a 1= 1, a n =2n -1.(2) 当 n 偶数 ,T n = (1+ 1) ×20+ 2×2+ (3+ 1) ×22+ 4×23+ (5+1) ×24+ ⋯ + [(n - 1)+ 1] ×2n - 2+ n ×2n -1= (20+ 2×2+ 3×22+ 4×23+ ⋯ +n ×2n - 1)+ (20+ 22+ ⋯+ 2n -2),H n = 20+ 2×2+ 3×22 +4×23+ ⋯ + n ×2n -1, ③2H n = 2+ 2×22+ 3×23+ 4×24+ ⋯ +n ×2n , ④由③-④,得- H n =20+2+ 22+ 23+ ⋯+ 2n -1- n ×2nn=1- 2- n ×2n = (1- n) ×2n - 1,1- 2∴ H n =( n -1) ×2n + 1,nn1- 4 22 n 2∴ T n = (n - 1) ×2 + 1+ 1- 4 = n - 3 ×2 + 3. 当 n 奇数,且 n ≥3 ,T n = T n - 1+(n + 1) ×2n - 15 n - 12n -1= n - 3 ×2+3+ (n + 1) ×2=2n-2×2n-1+2,33经查验, T1= 2 切合上式,2n- 122n-3×2+, n为奇数,3∴ T n=22nn-3×2+3, n为偶数 .。
第2讲 数列求和与综合问题[做小题——激活思维]1.若数列{a n }的通项公式为a n =2n+2n -1,则数列{a n }的前n 项和为( ) A .2n+n 2-1 B .2n +1+n 2-1C .2n +1+n 2-2D .2n+n -2C [S n =-2n1-2+n+2n -2=2n +1-2+n 2.]2.已知数列{a n }的通项公式是a n =(-1)n·(3n -2),则a 1+a 2+…+a 10等于( ) A .15 B .12 C .-12D .-15A [∵a n =(-1)n(3n -2),∴a 1+a 2+…+a 10=-1+4-7+10-…-25+28=(-1+4)+(-7+10)+…+(-25+28)=3×5=15.]3.若数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1n 2+n 的前n 项和为1011,则n 的值为( )A .9B .10C .11D .12B [∵1n 2+n =1nn +=1n -1n +1, ∴S n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1=1-1n +1=n n +1, 由nn +1=1011可知n =10.故选B.] 4.[一题多解]12+12+38+…+n2n 等于( )A.2n-n -12nB.2n +1-n -22nC.2n -n +12nD.2n +1-n +22nB [法一:(错位相减法)令S n =12+222+323+…+n2n ,① 则12S n =122+223+…+n -12n +n2n +1,②①-②,得12S n =12+122+123+…+12n -n2n +1=12⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 1-12-n2n +1. ∴S n =2n +1-n -22n.故选B. 法二:(验证法)取n =1时,n 2n =12,代入各选项验证可知选B.]5.已知S n 是数列{a n }的前n 项和,且有S n =n 2+1,则数列{a n }的通项公式a n =________.⎩⎪⎨⎪⎧2,n =1,2n -1,n ≥2[当n =1时,a 1=S 1=1+1=2,当n ≥2时,a n =S n -S n -1=(n 2+1)-[(n -1)2+1]=2n -1.此时对于n =1不成立,故a n =⎩⎪⎨⎪⎧2,n =1,2n -1,n ≥2.]6.数列{a n }中,a 1=-60,a n +1=a n +3,则|a 1|+|a 2|+…+|a 30|=________. 765 [由a 1=-60,a n +1=a n +3可得a n =3n -63,则a 21=0,|a 1|+|a 2|+…+|a 30|=-(a 1+a 2+…+a 20)+(a 21+…+a 30)=S 30-2S 20=765.][扣要点——查缺补漏]1.分组求和:形如{a n ±b n }的数列求和,如T 1. 2.并项求和:形如a n =(-1)nf (n )的数列求和,如T 2. 3.裂项相消求和: 形如⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n ·a n +k ,其中{a n }是等差数列的求和.如T 3.4.错位相减法求和:形如{a n ·b n }的数列求和,其中{a n },{b n }分别为等差和等比两个不同的数列,如T 4. 5.含绝对值的数列求和:先去绝对值,再求和,如T 6. 6.数列的通项的求法(1)利用a n =⎩⎪⎨⎪⎧S n ,n =1,S n -S n -1,n ≥2求通项时,要注意检验n =1的情况.如T 5.(2)根据数列的递推关系求通项的常用方法 ①累加法:适用于形如a n +1=a n +f (n )的数列; ②累乘法:适用于形如a n +1a n=f (n )的数列; ③构造法:形如a n +1=na n ma n +n ,可转化为1a n +1-1a n =mn ,构造等差数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n ;形如a n +1=pa n +q (pq ≠0,且p ≠1),可转化为a n +1+qp -1=p ⎝ ⎛⎭⎪⎫a n +q p -1,构造等比数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n +q p -1.数列中的a n 与S n 的关系(5年3考)[高考解读] 高考对本点的考查常以a n =S n -S n -1n为切入点,结合等差比数列的相关知识求a n 或S n .预测2020年会以数列a n 与S n 的递推关系为载体,加强转化构造能力的考查.1.(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 [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=--261-2=-63.]2.(2015·全国卷Ⅱ)设S n 是数列{a n }的前n 项和,且a 1=-1,a n +1=S n S n +1,则S n =________.-1n[∵a n +1=S n +1-S n ,a n +1=S n S n +1,∴S n +1-S n =S n S n +1.∵S n ≠0,∴1S n -1S n +1=1,即1S n +1-1S n=-1.又1S 1=-1,∴⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n 是首项为-1,公差为-1的等差数列.∴1S n=-1+(n -1)×(-1)=-n ,∴S n =-1n.]3.(2013·全国卷Ⅰ)若数列{a n }的前n 项和S n =23a n +13,则{a n }的通项公式是a n =________.(-2)n -1[当n =1时,S 1=23a 1+13,∴a 1=1.当n ≥2时,a n =S n -S n -1=23a n +13-⎝ ⎛⎭⎪⎫23a n -1+13=23(a n -a n -1),∴a n =-2a n -1,即a na n -1=-2, ∴{a n }是以1为首项的等比数列,其公比为-2, ∴a n =1×(-2)n -1,即a n =(-2)n -1.]由S n 与a n 的关系求a n 的思路利用S n -S n -1=a n (n ≥2)转化为a n 的递推关系,再求其通项公式;或者转化为S n 的递推关系,先求出S n 与n 之间的关系,再求a n .提醒:在利用a n =S n -S n -1(n ≥2)求通项公式时,务必验证n =1时的情形,看其是否可以与n ≥2的表达式合并.1.(用累加或累乘法求通项)已知数列{a n }中,a 1=1,前n 项和S n =n +23a n ,则a n =________.n n +2[∵S n =n +23a n ,且a 1=1,∴当n =2时,a 1+a 2=2+23a 2,即a 2=3a 1=3.又当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n +23a n -n +13a n -1,即a n =n +1n -1a n -1. ∴a n =a n a n -1·a n -1a n -2·a n -2a n -3·…·a 2a 1·a 1 =n +1n -1·n n -2·n -1n -3·…·42×31×1=n n +2.]2.(用构造法求通项)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________.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 n3n -1=-23×⎝ ⎛⎭⎪⎫23n-1=-⎝ ⎛⎭⎪⎫23n ,∴S n =3n -2n.]3.(活用前n 项和的定义求通项)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.]求数列{a n }的前n 项和(5年3考)[高考解读] 试题常以递推关系为载体,通过构造或借助等差比数列的基本运算,运用方程思想求得a n 或S n ,再借助裂项法或分组求和法等求数列的前n 项和,试题难易适中,面向全体,注重双基.预测2020年高考命题风格不变.[重视题](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=1n +n +=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=n n +.[点评] 重视a n 与S n 关系条件中是a n 与S n 关系,根据a n 与S n 关系式的特点,可以a n 向S n 转化也可以S n 向a n 转化,利用的都是在n ≥2时,a n =S n -S n -1,转化后往往构造特殊数列,用到累加、累乘等,从而求出通项.[教师备选题](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.数列求和的注意事项(1)分组求和法求和时,当数列的各项是正负交替时,一般需要对项数n 进行讨论. (2)裂项相消法的关键在于准确裂项,使裂开的两项之差和系数之积与原通项公式相等,把握相消后所剩式子的结构,前面剩几项,后面剩几项.(3)错位相减法中,两式做减法后所得式子的项数及对应项之间的关系,求和时注意数列是否为等比数列或是从第几项开始为等比数列.1.(与对数函数交汇考查分组求和)已知数列{a n }为等比数列,首项a 1=4,数列{b n }满足b n =log 2a n ,且b 1+b 2+b 3=12.(1)求数列{a n }的通项公式; (2)令c n =4b n ·b n +1+a n ,求数列{c n }的前n 项和S n .[解](1)由b n =log 2a n 和b 1+b 2+b 3=12得log 2(a 1a 2a 3)=12, ∴a 1a 2a 3=212.设等比数列{a n }的公比为q ,∵a 1=4,∴a 1a 2a 3=4·4q ·4q 2=26·q 3=212, 计算得q =4. ∴a n =4·4n -1=4n.(2)由(1)得b n =log 24n=2n ,c n =42nn ++4n=1nn ++4n =1n -1n +1+4n.设数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1nn +的前n 项和为A n ,则A n =1-12+12-13+…+1n -1n +1=n n +1,设数列{4n}的前n 项和为B n ,则B n =4-4n·41-4=43(4n-1),∴S n =nn +1+43(4n-1). 2.(错位相减法求和)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=5,nS n +1-(n +1)S n =n 2+n .(1)求证:数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 为等差数列;(2)令b n =2na n ,求数列{b n }的前n 项和T n . [解](1)证明:由nS n +1-(n +1)S n =n 2+n 得S n +1n +1-S n n =1,又S 11=5,所以数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是首项为5,公差为1的等差数列.(2)由(1)可知S nn=5+(n -1)=n +4,所以S n =n 2+4n , 当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2+4n -(n -1)2-4(n -1)=2n +3. 又a 1=5也符合上式,所以a n =2n +3(n ∈N *), 所以b n =(2n +3)2n,所以T n =5×2+7×22+9×23+…+(2n +3)2n, ①2T n =5×22+7×23+9×24+…+(2n +1)2n+(2n +3)2n +1, ②所以②-①得T n =(2n +3)2n +1-10-(23+24+…+2n +1)=(2n +3)2n +1-10-23-2n -11-2=(2n +3)2n +1-10-(2n +2-8)=(2n +1)2n +1-2.3.(含有(-1)na n 的并项求和)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 1=1,S 3+S 4=S 5. (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T 2n .[解](1)设等差数列{a n }的公差为d , 由S 3+S 4=S 5,可得a 1+a 2+a 3=a 5, 即3a 2=a 5,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·(4n 2-1).∴T 2n =(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 ) =-4×2nn +2=-8n 2-4n .数列中的创新与交汇问题[高考解读] 应用性问题是数学命题的一个新动向,主要考查考生运用已知知识解决实际问题的能力,试题背景新颖,有较好的区分度.1.(2017·全国卷Ⅱ)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B [设塔的顶层的灯数为a 1,七层塔的总灯数为S 7,公比为q ,则由题意知S 7=381,q =2,∴S 7=a 1-q71-q=a 1-271-2=381,解得a 1=3.故选B.]2.(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 .110A [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+n2. 由题意知,N >100,令n+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1-2n1-2=2n-1,前n 组所有项的和为-2n1-2-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 =+2+5=440.故选A.][教师备选题](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.]与数列有关的综合问题求解策略(1)对于新信息情境下的数列问题,在读懂题意的前提下,要弄清所考查的问题与哪个知识点有关,在此基础上,借助相关知识寻找求解线索.(2)以数列为背景的不等式恒成立问题,多为不等式恒成立与证明和形式的不等式,在求解时要注意等价转化即分离参数法与放缩法的技巧,同时也要注意数列或数列对应函数的单调性的应用.1.(与函数交汇)已知定义在R 上的函数f (x )是奇函数,且满足f ⎝ ⎛⎭⎪⎫32-x =f (x ),f (-2)=-3,数列{a n }满足a 1=-1,且S n =2a n +n (S n 为{a n }的前n 项和),则f (a 5)+f (a 6)=( )A .3B .4C .5D .6A [∵S n =2a n +n ,∴当n ≥2时,a n =S n -S n -1=2a n -2a n -1+1, 即a n =2a n -1-1,又a 1=-1,∴a 2=-3,a 3=-7,a 4=-15,a 5=-31,a 6=-63.由f ⎝ ⎛⎭⎪⎫32-x =f (x ),得f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -32=-f (x )⇒f (x -3)=f (x ),f (x )=f (x +3),∴f (-31)=f (-33+2)=f (2)=3,f (-63)=f (0)=0,∴f (a 5)+f (a 6)=f (-31)+f (-63)=3.]2.(数列与数学文化)“斐波那契数列”由13世纪意大利数学家列昂纳多·斐波那契发现,因为斐波那契以兔子繁殖为例子而引入,故又称该数列为“兔子数列”.斐波那契数列{a n }满足:a 1=1,a 2=1,a n =a n -1+a n -2(n ≥3,n ∈N *),记其前n 项和为S n ,设a 2 018=t (t 为常数),则S 2 016+S 2 015-S 2 014-S 2 013=________.(用t 表示)t [由题意可得S 2 016+S 2 015-S 2 014-S 2 013=a 2 016+a 2 015+a 2 015+a 2 014=a 2 017+a 2 016=a 2 018=t .]3.[重视题](数列与数学归纳法)(2019·浙江高考)设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,a 3=4,a 4=S 3.数列{b n }满足:对每个n ∈N *,S n +b n ,S n +1+b n ,S n +2+b n 成等比数列.(1)求数列{a n },{b n }的通项公式; (2)记c n =a n 2b n,n ∈N *, 证明:c 1+c 2+…+c n <2n ,n ∈N *. [解](1)设数列{a n }的公差为d , 由题意得⎩⎪⎨⎪⎧a 1+2d =4,a 1+3d =3a 1+3d ,解得a 1=0,d =2,∴a n =2n -2,n ∈N *. ∴S n =n 2-n ,n ∈N *.∵数列{b n }满足:对每个 n ∈N *,S n +b n ,S n +1+b n ,S n +2+b n 成等比数列, ∴(S n +1+b n )2=(S n +b n )(S n +2+b n ), 解得b n =1d(S 2n +1-S n S n +2),解得b n =n 2+n ,n ∈N *. (2)证明:c n =a n2b n =2n -22n n +=n -1n n +,n ∈N *,用数学归纳法证明:①当n =1时,c 1=0<2,不等式成立;②假设当n=k(k∈N*)时不等式成立,即c1+c2+…+c k<2k,那么当n=k+1时,c1+c2+…+c k+c k+1<2k +kk+k+<2k+1k+1<2k+2k+1+k=2k+2(k+1-k)=2k+1,即当n=k+1时,不等式也成立.由①②得c1+c2+…+c n<2n,n∈N*.- 11 -。
(新课标(理))2022山东高考数学二轮复习第一部分专项四数列:1-4-2第二讲 数列的通项公式与数列求和1.已知等差数列{a n }满足a 2=0,a 6+a 8=-10,则a 2 012=( )A .2 010B .2 012C .-2 010D .- 2020解析:设等差数列{a n }的公差为d , 则由已知条件可得⎩⎨⎧a 1+d =02a 1+12d =-10, 解得⎩⎨⎧a 1=1,d =-1.因此数列{a n }的通项公式为a n =-n +2.故a 2 012=-2 012+2=-2 010.答案:C2.(2020年高考福建卷)数列{a n }的通项公式a n =n cosn π2,其前n 项和为S n ,则S 2 012等于( ) A .1 006B .2 012C .503D .0 解析:用归纳法求解.∵a n =n cos n π2,∴a 1=0,a 2=-2,a 3=0,a 4=4,a 5=0,a 6=-6,a 7=0,a 8=8,…. 由此易知a 4n -2=-(4n -2),a 4n =4n ,且a 1+a 2+a 3+a 4=-2+4=2,a 5+a 6+a 7+a 8=-6+8=2,…,a 4n -3+a 4n -2+a 4n -1+a 4n =-(4n -2)+4n =2.又2 012=4×503,∴a 1+a 2+…+a 2 012=2+2+…+2,\s \do 4(503个))=2×503=1 006.答案:A3.(2020年海淀模拟)若数列{a n }满足:a 1=19,a n +1=a n -3(n ∈N *),则数列{a n }的前n 项和数值最大时,n 的值为( )A .6B .7C .8D .9解析:∵a n +1-a n =-3,∴数列{a n }是以19为首项,-3为公差的等差数列,∴a n =19+(n -1)×(-3)=22-3n .设前k 项和最大,则有⎩⎨⎧a k ≥0,a k +1≤0,∴⎩⎨⎧22-3k ≥0,22-3(k +1)≤0,∴193≤k ≤223, ∵k ∈N *,∴k =7.故满足条件的n 的值为7.答案:B4.在公差为d ,各项均为正整数的等差数列{a n }中,若a 1=1,a n =51,则n +d 的最小值为( )A .14B .16C .18D .10解析:由题意得1+(n -1)d =51,即(n -1)d =50,且d >0.由(n -1)+d ≥2(n -1)d =250(当且仅当n -1=d 时等号成立), 得n +d ≥102+1,因为n ,d 均为正整数,因此n +d 的最小值为16,选B.答案:B5.(2020年高考浙江卷)设S n 是公差为d (d ≠0)的无穷等差数列{a n }的前n 项和,则下列命题错误的是( )A .若d <0,则数列{S n }有最大项B .若数列{S n }有最大项,则d <0C .若数列{S n }是递增数列,则对任意n ∈N *,均有S n >0D .若对任意n ∈N *,均有S n >0,则数列{S n }是递增数列解析:利用函数思想,通过讨论S n =d 2n 2+(a 1-d 2)n 的单调性判定. 设{a n }的首项为a 1,则S n =na 1+12n (n -1)d =d 2n 2+(a 1-d 2)n .由二次函数性质知S n 有最大值时,则d <0,故A 、B 正确;因为{S n }为递增数列,则d >0,不妨设a 1=-1,d =2,明显{S n }是递增数列,但S 1=-1<0,故C 错误;对任意n ∈N *,S n 均大于0时,a 1>0,d >0,{S n }必是递增数列,D 正确.答案:C二、填空题6.已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且S n =2n -a n ,则数列{a n }的通项公式为________. 解析:由于S n =2n -a n ,因此S n +1=2(n +1)-a n +1,后式减去前式,得S n +1-S n =2-a n +1+a n ,即a n +1=12a n +1,变形为a n +1-2=12(a n -2),则数列{a n -2}是以a 1-2为首项,12为公比的等比数列.又a 1=2-a 1,即a 1=1.则a n -2=(-1)·(12)n -1,因此a n =2-(12)n -1. 答案:2-(12)n -1 7.(2020年高考江西卷)等比数列{a n }的前n 项和为S n ,公比不为1.若a 1=1,则对任意的n ∈N *,都有a n +2+a n +1-2a n =0,则S 5=________.解析:利用“专门值”法,确定公比.由题意知a 3+a 2-2a 1=0,设公比为q ,则a 1(q 2+q -2)=0.由q 2+q -2=0解得q =-2或q =1(舍去),则S 5=a 1(1-q 5)1-q =1-(-2)53=11. 答案:118.流行性感冒(简称流感)是由流感病毒引起的急性呼吸道传染病.某市去年11月份曾发生流感,据资料记载,11月1日,该市新的流感病毒感染者有20人,以后每天的新感染者平均比前一天的新感染者增加50人.由于该市卫生部门采取措施,使该种病毒的传播得到操纵,从某天起,每天的新感染者平均比前一天的新感染者减少30人,到11月30日止,该市在这30天内感染该病毒的患者共有8 670人,则11月________日,该市感染此病毒的新患者人数最多.解析:设该市11月n 日新感染者有a n 人,在11月(x +1)日开始操纵病毒的传播,其中x ∈N *,则由题意可知:a n =⎩⎨⎧20+50(n -1),1≤n ≤x 50x -30-30(n -x ),x <n ≤30,从而由条件得20+50x -302·x +[(50x -60)+(80x -930)]2·(30-x )=8 670,解之得x =12或x =49(舍去),故易知11月12日,该市感染此病毒的新患者人数最多.答案:12三、解答题9.(2020年长沙模拟)已知数列{a n }满足a 1=1,a n +1=2a n +1(n ∈N *).(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若数列{b n }满足4b 1-1·42b 2-1·43b 3-1·…·4nb n -1=(a n +1)n ,求数列{b n }的通项公式. 解析:(1)∵a n +1=2a n +1,∴a n +1+1=2(a n +1),∴a n +1+1a n +1=2,而a 1=1,a 1+1=2≠0,故数列{a n +1}是首项为2,公比为2的等比数列, ∴a n +1=2n ,即a n =2n -1(n ∈N *).(2)∵4b 1-1·42b 2-1·43b 3-1·…·4nb n -1=(a n +1)n ,∴4b 1+2b 2+3b 3+…+nb n -n =2n 2,∴2(b 1+2b 2+3b 3+…+nb n )-2n =n 2,即2(b 1+2b 2+3b 3+…+nb n )=n 2+2n ,①当n ≥2时,2[b 1+2b 2+…+(n -1)b n -1]=(n -1)2+2(n -1)=n 2-1,②由①-②得2nb n =2n +1(n ≥2),b n =1+12n(n ≥2). 易知当n =1时,4b 1-1=a 1+1=2,得b 1=32,满足上式, ∴b n =1+12n(n ∈N *). 10.已知数列{a n }的前n 项和S n =n 2+2n .(1)求数列的通项公式a n ;(2)设2b n =a n -1,且T n =1b 1b 2+1b 2b 3+…+1b n b n +1,求T n . 解析:(1)因为S n =n 2+2n ,因此当n ≥2时,a n =S n -S n -1=2n +1. 当n =1时,a 1=S 1=3=2×1+12,满足上式.故a n =2n +1,n ∈N *.(2)因为2b n =a n -1,因此b n =12(a n -1)=12(2n +1-1)=n , 因此1b n b n +1=1n (n +1)=1n -1n +1, 因此T n =1b 1b 2+1b 2b 3+…+1b n b n +1=11×2+12×3+…+1n ×(n +1)=11-12+12-13+13-14+…+1 n-1-1n+1n-1n+1=nn+1.11.(2020年广州两校联考)已知数列{a n}满足a1=5,a2=5,a n+1=a n+6a n-1(n≥2).(1)求证:{a n+1+2a n}是等比数列;(2)求证:{a n-3n}是等比数列并求数列{a n}的通项公式;(3)设3n b n=n(3n-a n),且|b1|+|b2|+…+|b n|<m关于n∈N*恒成立,求m的取值范畴.解析:(1)证明:由a n+1=a n+6a n-1,a n+1+2a n=3(a n+2a n-1)(n≥2),∵a1=5,a2=5,∴a2+2a1=15故数列{a n+1+2a n}是以15为首项,3为公比的等比数列.(2)证明:由(1)得a n+1+2a n=5·3n,∴(a n+1-3n+1)=-2(a n-3n),故数列{a n-3n}是以2为首项,-2为公比的等比数列,∴a n-3n=2(-2)n-1,即a n=3n+2(-2)n-1=3n-(-2)n(3)由3n b n=n(3n-a n)=n[3n-3n+(-2)n]=n(-2)n,∴b n=n(-23)n令S n=|b1|+|b2|+…+|b n|=23+2(23)2+3(23)3+…+n(23)n23S n=(23)2+2(23)3+…+(n-1)(23)n+n(23)n+1得13S n=23+(23)2+(23)3+…+(23)n-n(23)n+1=23[1-(23)n]1-23-n(23)n+1=2[1-(23)n]-n(23)n+1∴S n=6[1-(23)n]-3n(23)n+1<6,要使得|b1|+|b2|+…+|b n|<m关于n∈N*恒成立,只须m≥6.。
第二讲数列求和及综合应用1.等差、等比数列的求和公式(1)等差数列前n项和公式:S n=na1+错误!·d=错误!。
(2)等比数列前n项和公式:①q=1时,S n=na1;②q≠1时,S n=错误!。
2.数列求和的方法技巧(1)转化法有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并.(2)错位相减法这是在推导等比数列的前n项和公式时所用的方法,这种方法主要用于求数列{a n·b n}的前n项和,其中{a n},{b n}分别是等差数列和等比数列.(3)倒序相加法这是在推导等差数列前n项和公式时所用的方法,也就是将一个数列倒过来排列(反序),当它与原数列相加时若有公式可提,并且剩余项的和易于求得,则这样的数列可用倒序相加法求和.(4)裂项相消法利用通项变形,将通项分裂成两项或n项的差,通过相加过程中的相互抵消,最后只剩下有限项的和.3.数列的应用题(1)应用问题一般文字叙述较长,反映的事物背景陌生,知识涉及面广,因此要解好应用题,首先应当提高阅读理解能力,将普通语言转化为数学语言或数学符号,实际问题转化为数学问题,然后再用数学运算、数学推理予以解决.(2)数列应用题一般是等比、等差数列问题,其中,等比数列涉及的范围比较广,如经济上涉及利润、成本、效益的增减,解决该类题的关键是建立一个数列模型{a n},利用该数列的通项公式、递推公式或前n项和公式.1.(2013·课标全国Ⅰ)设等差数列{a n}的前n项和为S n,S m-1=-2,S m=0,S m+1=3,则m等于()A.3 B.4 C.5 D.6答案C解析a m=2,a m+1=3,故d=1,因为S m=0,故ma1+错误!d=0,故a1=-错误!,因为a m+a m+1=5,故a m+a m+1=2a1+(2m-1)d=-(m-1)+2m-1=5,即m=5。
高考数学第二轮专题复习数列教案二、高考要求1.理解数列的有关概念,了解递推公式是给出数列的一种方法,并能根据递推公式写出数列的前n项. 2.理解等差〔比〕数列的概念,掌握等差〔比〕数列的通项公式与前n项和的公式. 并能运用这些知识来解决一些实际问题.3.了解数学归纳法原理,掌握数学归纳法这一证题方法,掌握“归纳—猜想—证明〞这一思想方法.三、热点分析1.数列在历年高考中都占有较重要的地位,一般情况下都是一个客观性试题加一个解答题,分值占整个试卷的10%左右.客观性试题主要考查等差、等比数列的概念、性质、通项公式、前n项和公式、极限的四那么运算法那么、无穷递缩等比数列所有项和等内容,对基本的计算技能要求比较高,解答题大多以考查数列内容为主,并涉及到函数、方程、不等式知识的综合性试题,在解题过程中通常用到等价转化,分类讨论等数学思想方法,是属于中高档难度的题目.2.有关数列题的命题趋势〔1〕数列是特殊的函数,而不等式那么是深刻认识函数和数列的重要工具,三者的综合求解题是对基础和能力的双重检验,而三者的求证题所显现出的代数推理是近年来高考命题的新热点〔2〕数列推理题是新出现的命题热点.以往高考常使用主体几何题来考查逻辑推理能力,近两年在数列题中也加强了推理能力的考查。
〔3〕加强了数列与极限的综合考查题3.熟练掌握、灵活运用等差、等比数列的性质。
等差、等比数列的有关性质在解决数列问题时应用非常广泛,且十分灵活,主动发现题目中隐含的相关性质,往往使运算简洁优美.如a2a4+2a3a5+a4a6=25,可以利用等比数列的性质进行转化:a2a4=a32,a4a6=a52,从而有a32+2aa53+a52=25,即〔a3+a5〕2=25.4.对客观题,应注意寻求简捷方法解答历年有关数列的客观题,就会发现,除了常规方法外,还可以用更简捷的方法求解.现介绍如下:①借助特殊数列. ②灵活运用等差数列、等比数列的有关性质,可更加准确、快速地解题,这种思路在解客观题时表现得更为突出,很多数列客观题都有灵活、简捷的解法5.在数列的学习中加强能力训练数列问题对能力要求较高,特别是运算能力、归纳猜想能力、转化能力、逻辑推理能力更为突出.一般来说,考题中选择、填空题解法灵活多变,而解答题更是考查能力的集中表达,尤其近几年高考加强了数列推理能力的考查,应引起我们足够的重视.因此,在平时要加强对能力的培养。
高中数学 第二章《数列数列求和问题》学案(2) 大纲人教
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一、学习目标:
1.熟练掌握等差、等比数列的求和公式;
2.掌握非等差、等比数列求和的几种常见方法.
3.分组求和:把数列的每一项分成若干项,使其转化为等差或等比数列,再求和. 4.裂项相消法求和:把数列的通项拆成两项之差、正负相消剩下首尾若干项。
常见拆项: 1(1)
n n ; 1(21)(21)n n ;
1n n .
5.其它求和法:合并求和:求22222210099989721= .
归纳猜想法,奇偶法等.
三、例题:
例1 求数列
311⨯,421⨯,531⨯,…,)2(1+n n ,…的前n 项和S .
2、 求数列112,13
4,158,…,(2n -1)+ 12n ,…的前n 项和.
练习:
1.数列1111,4,7
,3612的前10项的和为 . 2. ()()=+-++⋅+⋅+⋅121217
51531311n n . 3.数列{}
n a 中n a =
n S = .
4.数列1,21+,2221++,…,122221=++++n 的前n 项和n S .
四、课外作业:做P60复习题。
第2讲 数列的求和问题高考对数列求和的考查主要以解答题的形式出现,通过分组转化、错位相减、裂项相消等方法求一般数列的和,体现转化与化归的思想.热点一 分组转化求和有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并.例1 (2017·山东省平阴县第一中学模拟)已知数列{a n }是等差数列,其前n 项和为S n ,数列{b n }是公比大于0的等比数列,且b 1=-2a 1=2,a 3+b 2=-1,S 3+2b 3=7. (1)求数列{a n }和{b n }的通项公式; (2)令c n =⎩⎪⎨⎪⎧2,n 为奇数,-2a nb n,n 为偶数,求数列{c n }的前n 项和T n .解 (1)设数列{a n }的公差为d ,{b n }的公比为q ,且q >0, 由题易知,a 1=-1,b 1=2, 由⎩⎪⎨⎪⎧a 3+b 2=-1,S 3+2b 3=7,得⎩⎪⎨⎪⎧d +q =0,4q 2+3d =10,解得q =2⎝ ⎛⎭⎪⎫q =-54舍去,此时d =-2, ∴a n =-2n +1,b n =2n.(2)由(1)知,a n =-2n +1,b n =2n, ∴c n =⎩⎪⎨⎪⎧2,n 为奇数,2n -12n -1,n 为偶数,当n 为偶数时,奇数项和偶数项各有n2项,∴T n =(c 1+c 3+c 5+…+c n -1)+(c 2+c 4+…+c n ) =n +(c 2+c 4+…+c n ), 令H n =c 2+c 4+c 6+…+c n ,∴H n =32+723+1125+…+2n -52n -3+2n -12n -1,14H n =323+725+…+2n -52n -1+2n -12n +1, 以上两式相减,得34H n =32+423+425+…+42n -1-2n -12n +1 =⎝ ⎛⎭⎪⎫421+423+…+42n -1-12-2n -12n +1=2⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫142n 1-14-12-2n -12n +1 =136-6n +136×2n , ∴H n =269-6n +139×2n -1.故当n 为偶数时,T n =269+n -6n +139×2n -1,当n (n ≥3)为奇数时,n -1为偶数,T n =T n -1+a n =269+(n -1)-6n +79×2n -2+2 =359+n -6n +79×2n -2, 经验证,n =1也适合上式.综上,得T n=⎩⎪⎨⎪⎧359+n -6n +79×2n -2,n 为奇数,269+n -6n +139×2n -1,n 为偶数.思维升华 在处理一般数列求和时,一定要注意使用转化思想.把一般的数列求和转化为等差数列或等比数列进行求和,在求和时要分析清楚哪些项构成等差数列,哪些项构成等比数列,清晰正确地求解.在利用分组求和法求和时,由于数列的各项是正负交替的,所以一般需要对项数n 进行讨论,最后再验证是否可以合并为一个公式.跟踪演练1 (2017届广东省揭阳市模拟)已知数列{a n }中,a 1=1,a n +1=2(n +1)a nn+n +1.(1)求证:数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a nn+1是等比数列;(2)求数列{a n }的前n 项和S n . (1)证明 方法一 由已知得a n +1n +1=2·a nn+1,∴a n +1n +1+1=2⎝ ⎛⎭⎪⎫a n n +1, 又a 1+1=2,a n >0,∴a nn+1≠0,∴a n +1n +1+1a nn+1=2,∴数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a nn+1是首项为2,公比为2的等比数列.方法二 由a n +1=2(n +1)a nn+n +1,得na n +1=2(n +1)a n +n (n +1), 由a 1>0及递推关系,可知a n >0, ∴a nn+1≠0,∴a n +1n +1+1a n n+1=na n +1+n (n +1)(n +1)a n +n (n +1)=2(n +1)a n +2n (n +1)(n +1)a n +n (n +1)=2, 又∵a 1=1,∴a 11+1=2,∴数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a nn+1是首项为2,公比为2的等比数列.(2)解 由(1)得a n n+1=2·2n -1=2n,∴a n =n ·2n-n ,S n =2+2×22+3×23+…+(n -1)2n -1+n ×2n -[1+2+3+…+(n -1)+n ],设T n =2+2×22+3×23+…+(n -1)2n -1+n ×2n, ①则2T n =22+2×23+3×24+…+(n -1)2n+n ×2n +1, ②由①-②,得-T n =2+22+23+…+2n -n ·2n +1=2(1-2n)1-2-n ·2n +1=-(n -1)2n +1-2,∴T n =(n -1)2n +1+2,又1+2+3+…+(n -1)+n =n (1+n )2,∴S n =(n -1)2n +1-n (n +1)2+2.热点二 错位相减法求和错位相减法是在推导等比数列的前n 项和公式时所用的方法,这种方法主要用于求数列{a n ·b n }的前n 项和,其中{a n },{b n }分别是等差数列和等比数列.例2 (2017·山西省实验中学联考)已知数列{a n }为等差数列,且a 3=5,a 5=9,数列{b n }的前n 项和S n =23b n +13.(1)求数列{a n }和{b n }的通项公式;(2)设c n =a n |b n |,求数列{c n }的前n 项的和T n . 解 (1)因为数列{a n }为等差数列, 所以d =12(a 5-a 3)=2,又因为a 3=5,所以a 1=1,所以a n =2n -1. 当n =1时,b 1=23b 1+13,所以b 1=1;当n ≥2时,b n =S n -S n -1=23b n -23b n -1,所以b n =-2b n -1,即数列{b n }是首项为1,公比为-2的等比数列, 所以b n =(-2)n -1.(2)因为c n =a n |b n |=(2n -1)2n -1,所以T n =1×1+3×2+5×22+…+(2n -1)2n -1,2T n =1×2+3×22+5×23+…+(2n -1)2n, 两式相减,得-T n =1×1+2×2+2×22+…+2×2n -1-(2n -1)2n=1+2(2+22+…+2n -1)-(2n -1)2n=1+2×2-2n 1-2-(2n -1)2n=1+2n +1-4-(2n -1)2n =-3+(3-2n )2n,所以T n =3+(2n -3)2n.思维升华 (1)错位相减法适用于求数列{a n ·b n }的前n 项和,其中{a n }为等差数列,{b n }为等比数列.(2)所谓“错位”,就是要找“同类项”相减.要注意的是相减后得到部分求等比数列的和,此时一定要查清其项数.(3)为保证结果正确,可对得到的和取n =1,2进行验证.跟踪演练2 (2017届湖南省衡阳市期末)数列{a n }的前n 项和S n 满足:S n =n 2,数列{b n }满足:①b 3=14;②b n >0;③2b 2n +1+b n +1b n -b 2n =0.(1)求数列{a n }与{b n }的通项公式; (2)设c n =a n b n ,求数列{c n }的前n 项和T n . 解 (1)当n =1时,a 1=1,当n ≥2时,a n =S n -S n -1=2n -1(n ∈N *), 检验a 1=1,满足a n =2n -1(n ∈N *). ∵2b 2n +1+b n +1b n -b 2n =0, 且b n >0,∴2b n +1=b n , ∴q =12,b 3=b 1q 2=14,∴b 1=1,b n =⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1 (n ∈N *).(2)由(1)得c n =(2n -1)⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1,T n =1+3×⎝ ⎛⎭⎪⎫12+5×⎝ ⎛⎭⎪⎫122+…+(2n -1)⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1,12T n =1×⎝ ⎛⎭⎪⎫12+3×⎝ ⎛⎭⎪⎫122+…+(2n -3)⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1+(2n -1)×⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ,两式相减,得12T n =1+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫12+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫122+…+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-(2n -1)×⎝ ⎛⎭⎪⎫12n=1+2⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-(2n -1)×⎝ ⎛⎭⎪⎫12n=3-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1⎝ ⎛⎭⎪⎫32+n . ∴T n =6-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1(2n +3).热点三 裂项相消法求和裂项相消法是指把数列和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.例3 (2017届山东省青岛市二模)在公差不为0的等差数列{a n }中,a 22=a 3+a 6,且a 3为a 1与a 11的等比中项. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)设b n =(-1)nn⎝ ⎛⎭⎪⎫a n -12⎝ ⎛⎭⎪⎫a n +1-12,求数列{b n }的前n 项和T n .解 (1)设数列{a n }的公差为d , ∵a 22=a 3+a 6,∴(a 1+d )2=a 1+2d +a 1+5d , ①∵a 23=a 1·a 11,即(a 1+2d )2=a 1·(a 1+10d ), ②∵d ≠0,由①②解得a 1=2,d =3. ∴数列{a n }的通项公式为a n =3n -1. (2)由题意知,b n =(-1)nn⎝⎛⎭⎪⎫3n -32·⎝ ⎛⎭⎪⎫3n +32=(-1)n·16·⎝⎛⎭⎪⎪⎫13n -32+13n +32 =(-1)n·19·⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1+12n +1T n =19⎣⎢⎡ -⎝ ⎛⎭⎪⎫11+13+⎝⎛⎭⎪⎫13+15-⎝ ⎛⎭⎪⎫15+17+…⎦⎥⎤+(-1)n⎝⎛⎭⎪⎫12n -1+12n +1=19⎣⎢⎡⎦⎥⎤-1+(-1)n12n +1.思维升华 (1)裂项相消法的基本思想就是把通项a n 分拆成a n =b n +k -b n (k ≥1,k ∈N *)的形式,从而在求和时达到某些项相消的目的,在解题时要善于根据这个基本思想变换数列{a n }的通项公式,使之符合裂项相消的条件. (2)常用的裂项公式 ①若{a n }是等差数列,则1a n a n +1=1d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n -1a n +1,1a n a n +2=12d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n -1a n +2; ②1n (n +1)=1n -1n +1,1n (n +k )=1k ⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +k ;③1(2n -1)(2n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1;④1n (n +1)(n +2)=12⎣⎢⎡⎦⎥⎤1n (n +1)-1(n +1)(n +2); ⑤1n +n +1=n +1-n ,1n +n +k =1k(n +k -n ).跟踪演练3 已知数列{a n }满足:1a 1+1a 2+…+1a n =n 22 (n ∈N *).(1)求数列{a n }的通项公式;(2)若b n =a n a n +1,S n 为数列{b n }的前n 项和,对于任意的正整数n ,S n >2λ-13恒成立,求实数λ的取值范围.解 (1)由题意,得当n =1时,1a 1=12,则a 1=2.当n ≥2时,1a 1+1a 2+…+1a n =n 22,则1a 1+1a 2+…+1a n -1=(n -1)22, 两式相减,得1a n =n 22-(n -1)22=2n -12,即a n =22n -1,当n =1时,也符合上式,则a n =22n -1.(2)由(1),得b n =a n a n +1=22n -1·22(n +1)-1=4(2n -1)(2n +1)=2⎝⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1,所以S n =2⎣⎢⎡ ⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13+⎝ ⎛⎭⎪⎫13-15+⎝ ⎛⎭⎪⎫15-17+…+⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1 =2·⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n +1, 则n 越大,12n +1越小,S n 越大,即当n =1时,S n 有最小值S 1=43.因为对于任意的正整数n ,S n >2λ-13恒成立,所以43>2λ-13,解得λ<56,故实数λ的取值范围是⎝⎛⎭⎪⎫-∞,56.真题体验1.(2017·全国Ⅱ)等差数列{a n }的前n 项和为S n ,a 3=3,S 4=10,则k =1n1Sk=________.答案2n n +1解析 设等差数列{a n }的公差为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.∴k =1n1S k=1S 1+1S 2+1S 3+…+1S n=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+12-13+13-14+…+1n -1n +1=2⎝⎛⎭⎪⎫1-1n +1=2nn +1. 2.(2017·天津)已知{a n }为等差数列,前n 项和为S n (n ∈N *),{b n }是首项为2的等比数列,且公比大于0,b 2+b 3=12,b 3=a 4-2a 1,S 11=11b 4. (1)求{a n }和{b n }的通项公式;(2)求数列{a 2n b 2n -1}的前n 项和(n ∈N *).解 (1)设等差数列{a n }的公差为d ,等比数列{b n }的公比为q . 由已知b 2+b 3=12,得b 1(q +q 2)=12,而b 1=2, 所以q 2+q -6=0.又因为q >0,解得q =2,所以b n =2n. 由b 3=a 4-2a 1,可得3d -a 1=8, ① 由S 11=11b 4,可得a 1+5d =16,②联立①②,解得a 1=1,d =3,由此可得a n =3n -2.所以数列{a n }的通项公式为a n =3n -2,数列{b n }的通项公式为b n =2n. (2)设数列{a 2n b 2n -1}的前n 项和为T n ,由a 2n =6n -2,b 2n -1=2×4n -1,得a 2n b 2n -1=(3n -1)×4n,故T n =2×4+5×42+8×43+…+(3n -1)×4n , ③4T n =2×42+5×43+8×44+…+(3n -4)×4n +(3n -1)×4n +1, ④③-④,得-3T n =2×4+3×42+3×43+…+3×4n-(3n -1)×4n +1=12×(1-4n)1-4-4-(3n -1)×4n +1=-(3n -2)×4n +1-8,得T n =3n -23×4n +1+83.所以数列{a 2n b 2n -1}的前n 项和为3n -23×4n +1+83.押题预测1.已知数列{a n }的通项公式为a n =n +22n n (n +1),其前n 项和为S n ,若存在M ∈Z ,满足对任意的n ∈N *,都有S n <M 恒成立,则M 的最小值为________.押题依据 数列的通项以及求和是高考重点考查的内容,也是《考试大纲》中明确提出的知识点,年年在考,年年有变,变的是试题的外壳,即在题设的条件上有变革,有创新,但在变中有不变性,即解答问题的常用方法有规律可循. 答案 1解析 因为a n =n +22n n (n +1)=2(n +1)-n2n n (n +1)=12n -1n -12n (n +1), 所以S n =⎝⎛⎭⎪⎫120×1-121×2+⎝ ⎛⎭⎪⎫121×2-122×3+…+⎣⎢⎡⎦⎥⎤12n -1n -12n (n +1)=1-12n (n +1),由于1-12n (n +1)<1,所以M 的最小值为1.2.已知数列{a n }的前n 项和S n 满足S n =a (S n -a n +1) (a 为常数,且a >0),且4a 3是a 1与2a 2的等差中项.(1)求{a n }的通项公式;(2)设b n =2n +1a n,求数列{b n }的前n 项和T n .押题依据 错位相减法求和是高考的重点和热点,本题先利用a n ,S n 的关系求a n ,也是高考出题的常见形式.解 (1)当n =1时,S 1=a (S 1-a 1+1),所以a 1=a , 当n ≥2时,S n =a (S n -a n +1),①S n -1=a (S n -1-a n -1+1),②由①-②,得a n =a ·a n -1,即a na n -1=a , 故{a n }是首项a 1=a ,公比为a 的等比数列, 所以a n =a ·an -1=a n.故a 2=a 2,a 3=a 3.由4a 3是a 1与2a 2的等差中项,可得8a 3=a 1+2a 2, 即8a 3=a +2a 2,因为a ≠0,整理得8a 2-2a -1=0, 即(2a -1)(4a +1)=0, 解得a =12或a =-14(舍去),故a n =⎝ ⎛⎭⎪⎫12n =12n .(2)由(1)得b n =2n +1a n=(2n +1)·2n,所以T n =3×2+5×22+7×23+…+(2n -1)×2n -1+(2n +1)×2n, ①2T n =3×22+5×23+7×24+…+(2n -1)·2n+(2n +1)×2n +1, ② 由①-②,得-T n =3×2+2(22+23+…+2n )-(2n +1)×2n +1=6+2×22-2n +11-2-(2n +1)×2n +1=-2+2n +2-(2n +1)×2n +1=-2-(2n -1)×2n +1,所以T n =2+(2n -1)×2n +1.A 组 专题通关1.(2017届湖南师大附中月考)已知数列{a n },{b n }满足a 1=1,且a n ,a n +1是方程x 2-b n x +2n=0的两根,则b 10等于( ) A .24 B .32 C .48 D .64答案 D解析 由已知有a n a n +1=2n,∴a n +1a n +2=2n +1,则a n +2a n=2,所以数列{a n }奇数项、偶数项分别为公比为2的等比数列,可以求出a 2=2,所以数列{a n }的项分别为1,2,2,4,4,8,8,16,16,32,32,…,而b n =a n +a n +1,所以b 10=a 10+a 11=32+32=64,故选D.2.(2017届河南百校联盟质检)已知正项数列{a n }中,a 1=1,a 2=2,2a 2n =a 2n -1+a 2n +1(n ≥2),b n =1a n +a n +1,记数列{b n }的前n 项和为S n ,则S 33的值是( )A.99B.33C .4 2D .3 答案 D解析 ∵2a 2n =a 2n -1+a 2n +1(n ≥2),∴数列{a 2n }为等差数列,首项为1,公差为22-1=3. ∴a 2n =1+3(n -1)=3n -2,a n >0, ∴a n =3n -2(n ∈N *), ∴b n =1a n +a n +1=13n -2+3n +1=13(3n +1-3n -2), 故数列{b n }的前n 项和为S n =13[(4-1)+(7-4)+…+(3n +1-3n -2)]=13(3n +1-1),则S 33=13(3×33+1-1)=3.故选D.3.(2017届江西省鹰潭市模拟)已知函数f (n )=n 2cos(n π),且a n =f (n )+f (n +1),则a 1+a 2+…+a 100等于( ) A .-100 B .0 C .100 D .10 200答案 A解析 a 1=-1+22,a 2=22-32,a 3=-32+42,a 4=42-52,…,所以a 1+a 3+…+a 99=(-1+22)+…+(-992+1002)=(1+2)+(3+4)+…+(99+100)=5 050,a 2+a 4+…+a 100=(22-32)+…+(1002-1012)=-(2+3+…+100+101)=-5 150,所以a 1+a 2+…+a 100=5 050-5 150=-100.4.(2017届广东省潮州市模拟)已知S n 为数列{a n }的前n 项和,a n =2·3n -1(n ∈N *),若b n=a n +1S n S n +1,则b 1+b 2+…+b n =____________. 答案 12-13n +1-1解析 因为a n +1a n =2·3n2·3n -1=3,所以数列{a n }为等比数列.所以S n =a 1(1-q n )1-q =2(1-3n )1-3=3n-1,又b n =a n +1S n S n +1=S n +1-S n S n S n +1=1S n -1S n +1, 则b 1+b 2+…+b n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1S 1-1S 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫1S 2-1S 3+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1S n -1S n +1=1S 1-1S n +1=12-13n +1-1.5.(2017届安徽蚌埠怀远县摸底)对于任意实数x ,[x ]表示不超过x 的最大整数,如[-0.2]=-1,[1.72]=1,已知a n =⎣⎢⎡⎦⎥⎤n 3(n ∈N *),S n 为数列{a n }的前项和,则S 2 017=________.答案 677 712解析 由于⎣⎢⎡⎦⎥⎤13=0,⎣⎢⎡⎦⎥⎤23=0,⎣⎢⎡⎦⎥⎤33=⎣⎢⎡⎦⎥⎤43=⎣⎢⎡⎦⎥⎤53=1,⎣⎢⎡⎦⎥⎤63=⎣⎢⎡⎦⎥⎤73=⎣⎢⎡⎦⎥⎤83=2,根据这个规律,后面每3项都是相同的数,2 017-2=671×3+2,后余2项, 所以S 2 017=1+6712×671×3+672+672=677 712.6.(2017届山西晋中榆社中学月考)设数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=1,且对任意正整数n ,满足2a n +1+S n -2=0. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =na 2n ,求数列{b n }的前n 项和T n . 解 (1)因为2a n +1+S n -2=0, 所以当n ≥2时,2a n +S n -1-2=0, 两式相减,得2a n +1-2a n +S n -S n -1=0, 即2a n +1-2a n +a n =0,a n +1=12a n .又当n =1时,2a 2+S 1-2=0⇒a 2=12a 1,即a n +1=12a n (n ∈N *).所以{a n }是首项a 1=1,公比q =12的等比数列,所以数列{a n }的通项公式为a n =⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1.(2)由(1)知,b n =na 2n =n4n -1,则T n =1+24+342+…+n -14n -2+n4n -1,① 4T n =4+2+34+…+n -14n -3+n4n -2,②由②-①,得3T n =5+14+…+14n -3+14n -2-n4n -1=163-3n +43×4n -1. 所以数列{b n }的前n 项和为T n =169-3n +49×4n -1.7.(2017届山东省胶州市普通高中期末)正项数列{}a n 的前n 项和S n 满足:S 2n -(n 2+n -1)S n-(n 2+n )=0.(1)求数列{}a n 的通项公式a n ;(2)令b n =n +1(n +2)2a 2n ,数列{}b n 的前n 项和为T n ,证明:对于任意的n ∈N *,都有T n <564. (1)解 由S 2n -(n 2+n -1)S n -(n 2+n )=0, 得[S n -(n 2+n )](S n +1)=0. 由于{}a n 是正项数列, 所以S n >0,S n =n 2+n . 当n =1时,a 1=S 1=2,当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2+n -(n -1)2-(n -1)=2n . 综上可知,数列{}a n 的通项公式a n =2n . (2)证明 由于a n =2n ,b n =n +1(n +2)2a 2n,所以b n =n +14n 2(n +2)2=116⎣⎢⎡⎦⎥⎤1n 2-1(n +2)2. T n =116⎣⎢⎡1-132+122-142+132-152+…+1(n -1)2-⎦⎥⎤1(n +1)2+1n 2-1(n +2)2 =116⎣⎢⎡⎦⎥⎤1+122-1(n +1)2-1(n +2)2<116⎝⎛⎭⎪⎫1+122=564. 8.(2017届江西省南昌市模拟)已知等差数列{}a n 的前n 项和为S n ,且a 1=1,S 3+S 4=S 5. (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T 2n .解 (1)设等差数列{}a n 的公差为d ,由S 3+S 4=S 5, 可得a 1+a 2+a 3=a 5,即3a 2=a 5,所以3(1+d )=1+4d ,解得d =2. 所以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·(4n 2-1),所以T 2n =(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=-8n 2-4n .B 组 能力提高9.(2017·湖北省荆、荆、襄、宜四地七校考试联盟联考)已知数列{}a n 满足a 1=1,na n +1=(n +1)a n +n (n +1),且b n =a n cos 2n π3,记S n 为数列{}b n 的前n 项和,则S 24等于( )A .294B .174C .470D .304答案 D解析 由na n +1=(n +1)a n +n (n +1),得a n +1n +1=a n n +1,所以数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 为等差数列,因此a nn =1+()n -1×1=n ,a n =n 2,b n=⎩⎪⎨⎪⎧-12n 2,n =3k +1,k ∈N ,-12n 2,n =3k +2,k ∈N ,n 2,n =3k +3,k ∈N ,因此b 3k +1+b 3k +2+b 3k +3=9k +132,k ∈N , S 24=9()0+1+…+7+132×8=304,故选D.10. (2017届湖南省常德市第一中学月考)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,S n =n 2+2n ,b n =a n a n +1cos(n +1)π,数列{b n }的前n 项和为T n ,若T n ≥tn 2对n ∈N *恒成立,则实数t 的取值范围是______________. 答案 (-∞,-5] 解析 当n =1时,a 1=3;当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2+2n -[(n -1)2+2(n -1)]=2n +1, 当n =1时也成立,∴a n =2n +1(n ∈N *),∴b n =a n a n +1cos(n +1)π=(2n +1)(2n +3)cos(n +1)π.当n 为奇数时,cos(n +1)π=1,当n 为偶数时, cos(n +1)π=-1,因此当n 为奇数时,T n =3×5-5×7+…+(2n +1)(2n +3)=15+4×(7+11+…+2n +1)=2n 2+6n +7,∵T n≥tn 2对n ∈N *恒成立,∴2n 2+6n +7≥tn 2,t ≤7n 2+6n +2=7⎝ ⎛⎭⎪⎫1n +372+57,∴t ≤2;当n 为偶数时,T n =3×5-5×7+…-(2n +1)(2n +3)=-4×(5+9+…+2n +1)=-2n 2-6n ,∵T n ≥tn 2对n ∈N *恒成立, ∴-2n 2-6n ≥tn 2,t ≤-2-6n,∴t ≤-5.综上可得t ≤-5.11.(2017届江苏如东高级中学等四校联考)已知数列{a n }满足a 1=0,a 2=18,且对任意m ,n∈N *,都有a 2m -1+a 2n -1=2a m +n -1+34(m -n )2.(1)求a 3,a 5;(2)设b n =a 2n +1-a 2n -1(n ∈N *). ①求数列{b n }的通项公式; ②设数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1b n b n +1的前n 项和为S n ,是否存在正整数p ,q ,且1<p <q ,使得S 1,S p ,S q 成等比数列?若存在,求出p ,q 的值,若不存在,请说明理由. 解 (1)由题意,令m =2,n =1, 则a 3+a 1=2a 2+34(2-1)2,解得a 3=1.令m =3,n =1,则a 5+a 1=2a 3+34(3-1)2,解得a 5=5.(2)①以n +2代替m ,得a 2n +3+a 2n -1=2a 2n +1+3, 则[a 2(n +1)+1-a 2(n +1)-1]-(a 2n +1-a 2n -1)=3, 即b n +1-b n =3.所以数列{b n }是以3为公差的等差数列. 又b 1=a 3-a 1=1,所以b n =1+(n -1)×3=3n -2. ②因为1b n b n +1=1(3n -2)(3n +1) =13⎝ ⎛⎭⎪⎫13n -2-13n +1,所以S n =13⎣⎢⎡⎝ ⎛⎭⎪⎫1-14+⎝ ⎛⎭⎪⎫14-17+…+⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫13n -2-13n +1=13⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13n +1=n 3n +1. 则S 1=14,S p =p 3p +1,S q =q 3q +1.因为S 1,S p ,S q 成等比数列, 所以⎝⎛⎭⎪⎫p 3p +12=14·q 3q +1,即6p +1p2=3q +4q.因为1<p <q ,所以3q +4q =3+4q>3,即6p +1p2>3.解得3-233<p <3+233.又1<p ,且p ∈N *,所以p =2,则q =16.所以存在正整数p =2,q =16,使得S 1,S p ,S q 成等比数列.12.(2017届江苏泰州中学月考)已知各项都为正数的等比数列{a n }的前n 项和为S n ,数列{b n }的通项公式b n =⎩⎪⎨⎪⎧n ,n 为偶数,n +1,n 为奇数(n ∈N *),若S 3=b 5+1,b 4是a 2和a 4的等比中项.(1)求数列{a n }的通项公式; (2)求数列{a n ·b n }的前n 项和T n . 解 (1)∵数列{b n }的通项公式b n =⎩⎪⎨⎪⎧n ,n 为偶数,n +1,n 为奇数(n ∈N *),∴b 5=6,b 4=4,设各项都为正数的等比数列{a n }的公比为q ,q >0, ∵S 3=b 5+1=7,∴a 1+a 1q +a 1q 2=7, ① 又b 4是a 2和a 4的等比中项, ∴a 2a 4=a 23=b 24=16, 解得a 3=a 1q 2=4,②由①②得3q 2-4q -4=0, 解得q =2或q =-23(舍去),∴a 1=1,a n =2n -1.(2)当n 为偶数时,T n =(1+1)×20+2×2+(3+1)×22+4×23+(5+1)×24+…+[(n -1)+1]×2n -2+n ×2n -1=(20+2×2+3×22+4×23+…+n ×2n -1)+(20+22+…+2n -2),设H n =20+2×2+3×22+4×23+…+n ×2n -1, ③ 则2H n =2+2×22+3×23+4×24+…+n ×2n, ④由③-④,得-H n =20+2+22+23+…+2n -1-n ×2n=1-2n 1-2-n ×2n =(1-n )×2n -1, ∴H n =(n -1)×2n+1,∴T n =(n -1)×2n+1+1-42n1-4=⎝ ⎛⎭⎪⎫n -23×2n +23.当n 为奇数,且n ≥3时,T n =T n -1+(n +1)×2n -1=⎝ ⎛⎭⎪⎫n -53×2n -1+23+(n +1)×2n -1=⎝⎛⎭⎪⎫2n -23×2n -1+23,经检验,T 1=2符合上式,∴T n =⎩⎪⎨⎪⎧⎝⎛⎭⎪⎫2n -23×2n -1+23,n 为奇数,⎝ ⎛⎭⎪⎫n -23×2n+23,n 为偶数.。