[实用参考]等差数列典型例题及详细解答.docx

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1.等差数列的定义一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,通常用字母__d __表示.2.等差数列的通项公式如果等差数列{a n }的首项为a 1,公差为d ,那么它的通项公式是a n =a 1+(n -1)d .3.等差中项如果A =a +b 2,那么A 叫做a 与b 的等差中项. 4.等差数列的常用性质(1)通项公式的推广:a n =a m +(n -m )d (n ,m ∈N G ).(2)若{a n }为等差数列,且k +l =m +n (k ,l ,m ,n ∈N G ),则a k +a l =a m +a n .(3)若{a n }是等差数列,公差为d ,则{a 2n }也是等差数列,公差为2d .(4)若{a n },{b n }是等差数列,则{pa n +qb n }也是等差数列.(5)若{a n }是等差数列,公差为d ,则a k ,a k +m ,a k +2m ,…(k ,m ∈N G )是公差为md 的等差数列.5.等差数列的前n 项和公式设等差数列{a n }的公差为d ,其前n 项和S n =n (a 1+a n )2或S n =na 1+n (n -1)2d . 6.等差数列的前n 项和公式与函数的关系 S n =d 2n 2+⎝⎛⎭⎫a 1-d 2n . 数列{a n }是等差数列⇔S n =An 2+Bn (A 、B 为常数).7.等差数列的前n 项和的最值在等差数列{a n }中,a 1>0,d <0,则S n 存在最__大__值;若a 1<0,d >0,则S n 存在最__小__值.【思考辨析】判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)若一个数列从第二项起每一项与它的前一项的差都是常数,则这个数列是等差数列.( × )(2)数列{a n }为等差数列的充要条件是对任意n ∈N G ,都有2a n +1=a n +a n +2.( √ )(3)等差数列{a n }的单调性是由公差d 决定的.( √ )(4)数列{a n }为等差数列的充要条件是其通项公式为n 的一次函数.( × )(5)数列{a n }满足a n +1-a n =n ,则数列{a n }是等差数列.( × )(6)已知数列{a n }的通项公式是a n =pn +q (其中p ,q 为常数),则数列{a n }一定是等差数列.( √ )1.(2015·重庆)在等差数列{a n }中,若a 2=4,a 4=2,则a 6等于( )A .-1B .0C .1D .6答案 B解析 由等差数列的性质,得a 6=2a 4-a 2=2×2-4=0,选B.2.(20PP·福建)等差数列{a n }的前n 项和为S n ,若a 1=2,S 3=12,则a 6等于( )A .8B .10C .12D .14答案 C解析 由题意知a 1=2,由S 3=3a 1+3×22×d =12, 解得d =2,所以a 6=a 1+5d =2+5×2=12,故选C.3.在等差数列{a n }中,已知a 4+a 8=16,则该数列前11项和S 11等于( )A .58B .88C .143D .176答案 B解析 S 11=11(a 1+a 11)2=11(a 4+a 8)2=88. 4.设数列{a n }是等差数列,若a 3+a 4+a 5=12,则a 1+a 2+…+a 7等于( )A .14B .21C .28D .35答案 C解析 ∵a 3+a 4+a 5=3a 4=12,∴a 4=4,∴a 1+a 2+…+a 7=7a 4=28.5.(20PP·北京)若等差数列{a n }满足a 7+a 8+a 9>0,a 7+a 10<0,则当n =________时,{a n }的前n 项和最大.答案 8解析 因为数列{a n }是等差数列,且a 7+a 8+a 9=3a 8>0,所以a 8>0.又a 7+a 10=a 8+a 9<0,所以a 9<0.故当n =8时,其前n 项和最大.题型一 等差数列基本量的运算例1 (1)在数列{a n }中,若a 1=-2,且对任意的n ∈N G 有2a n +1=1+2a n ,则数列{a n }前10项的和为( )A .2B .10C.52D.54(2)已知在等差数列{a n }中,a 2=7,a 4=15,则前10项和S 10等于( )A .100B .210C .380D .400答案 (1)C (2)B解析 (1)由2a n +1=1+2a n 得a n +1-a n =12, 所以数列{a n }是首项为-2,公差为12的等差数列, 所以S 10=10×(-2)+10×(10-1)2×12=52. (2)因为a 2=7,a 4=15,所以d =4,a 1=3,故S 10=10×3+12×10×9×4=210. 思维升华 (1)等差数列运算问题的一般求法是设出首项a 1和公差d ,然后由通项公式或前n 项和公式转化为方程(组)求解.(2)等差数列的通项公式及前n 项和公式,共涉及五个量a 1,a n ,d ,n ,S n ,知其中三个就能求另外两个,体现了方程的思想.(1)(2015·课标全国Ⅱ)设S n 是等差数列{a n }的前n 项和,若a 1+a 3+a 5=3,则S 5等于( )A .5B .7C .9D .11(2)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,且满足S 33-S 22=1,则数列{a n }的公差是( ) A.12B .1C .2D .3 答案 (1)A (2)C解析 (1)∵{a n }为等差数列,∴a 1+a 5=2a 3,∴a 1+a 3+a 5=3a 3=3,得a 3=1,∴S 5=5(a 1+a 5)2=5a 3=5.故选A. (2)∵S n =n (a 1+a n )2,∴S n n =a 1+a n 2,又S 33-S 22=1, 得a 1+a 32-a 1+a 22=1,即a 3-a 2=2, ∴数列{a n }的公差为2.题型二 等差数列的判定与证明例2 已知数列{a n }中,a 1=35,a n =2-1a n -1(n ≥2,n ∈N G ),数列{b n }满足b n =1a n -1(n ∈N G ). (1)求证:数列{b n }是等差数列;(2)求数列{a n }中的最大项和最小项,并说明理由.(1)证明 因为a n =2-1a n -1(n ≥2,n ∈N G ), b n =1a n -1(n ∈N G ), 所以b n +1-b n =1a n +1-1-1a n -1=1(2-1a n)-1-1a n -1=a n a n -1-1a n -1=1. 又b 1=1a 1-1=-52. 所以数列{b n }是以-52为首项,1为公差的等差数列. (2)解 由(1)知b n =n -72, 则a n =1+1b n =1+22n -7.设f (G )=1+22x -7, 则f (G )在区间(-∞,72)和(72,+∞)上为减函数. 所以当n =3时,a n 取得最小值-1,当n =4时,a n 取得最大值3.引申探究例2中,若条件变为a 1=35,na n +1=(n +1)a n +n (n +1),探求数列{a n }的通项公式. 解 由已知可得a n +1n +1=a n n+1, 即a n +1n +1-a n n =1,又a 1=35, ∴⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 是以a 11=35为首项,1为公差的等差数列, ∴a n n =35+(n -1)·1=n -25, ∴a n =n 2-25n . 思维升华 等差数列的四个判定方法(1)定义法:证明对任意正整数n 都有a n +1-a n 等于同一个常数.(2)等差中项法:证明对任意正整数n 都有2a n +1=a n +a n +2后,可递推得出a n +2-a n +1=a n +1-a n =a n -a n -1=a n -1-a n -2=…=a 2-a 1,根据定义得出数列{a n }为等差数列.(3)通项公式法:得出a n =pn +q 后,得a n +1-a n =p 对任意正整数n 恒成立,根据定义判定数列{a n }为等差数列.(4)前n 项和公式法:得出S n =An 2+Bn 后,根据S n ,a n 的关系,得出a n ,再使用定义法证明数列{a n }为等差数列.(1)若{a n }是公差为1的等差数列,则{a 2n -1+2a 2n }是( )A .公差为3的等差数列B .公差为4的等差数列C .公差为6的等差数列D .公差为9的等差数列(2)在数列{a n }中,若a 1=1,a 2=12,2a n +1=1a n +1a n +2(n ∈N G ),则该数列的通项为( ) A .a n =1n B .a n =2n +1C .a n =2n +2D .a n =3n答案 (1)C (2)A解析 (1)∵a 2n -1+2a 2n -(a 2n -3+2a 2n -2)=(a 2n -1-a 2n -3)+2(a 2n -a 2n -2)=2+2×2=6,∴{a 2n -1+2a 2n }是公差为6的等差数列.(2)由已知式2a n +1=1a n +1a n +2可得 1a n +1-1a n =1a n +2-1a n +1,知{1a n }是首项为1a 1=1,公差为1a 2-1a 1=2-1=1的等差数列,所以1a n =n ,即a n =1n .题型三 等差数列的性质及应用命题点1 等差数列的性质例3 (1)(2015·广东)在等差数列{a n }中,若a 3+a 4+a 5+a 6+a 7=25,则a 2+a 8=________.(2)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,且S 10=10,S 20=30,则S 30=________.答案 (1)10 (2)60解析 (1)因为{a n }是等差数列,所以a 3+a 7=a 4+a 6=a 2+a 8=2a 5,a 3+a 4+a 5+a 6+a 7=5a 5=25,即a 5=5,a 2+a 8=2a 5=10.(2)∵S 10,S 20-S 10,S 30-S 20成等差数列,且S 10=10,S 20=30,S 20-S 10=20,∴S 30-30=10+2×10=30,∴S 30=60.命题点2 等差数列前n 项和的最值例4 在等差数列{a n }中,已知a 1=20,前n 项和为S n ,且S 10=S 15,求当n 取何值时,S n 取得最大值,并求出它的最大值.解 ∵a 1=20,S 10=S 15,∴10×20+10×92d =15×20+15×142d , ∴d =-53. 方法一 由a n =20+(n -1)×⎝⎛⎭⎫-53=-53n +653. 得a 13=0.即当n ≤12时,a n >0,当n ≥14时,a n <0.∴当n =12或13时,S n 取得最大值,且最大值为S 12=S 13=12×20+12×112×⎝⎛⎭⎫-53=130. 方法二 S n =20n +n (n -1)2·⎝⎛⎭⎫-53 =-56n 2+1256n =-56⎝⎛⎭⎫n -2522+3 12524. ∵n ∈N G ,∴当n =12或13时,S n 有最大值,且最大值为S 12=S 13=130.方法三 由S 10=S 15得a 11+a 12+a 13+a 14+a 15=0.∴5a 13=0,即a 13=0.∴当n =12或13时,S n 有最大值,且最大值为S 12=S 13=130.引申探究例4中,若条件“a 1=20”改为a 1=-20,其他条件不变,求当n 取何值时,S n 取得最小值,并求出最小值.解 由S 10=S 15,得a 11+a 12+a 13+a 14+a 15=0,∴a 13=0.又a 1=-20,∴a 12<0,a 14>0,∴当n =12或13时,S n 取得最小值,最小值S 12=S 13=13(a 1+a 13)2=-130. 思维升华 (1)等差数列的性质:①项的性质:在等差数列{a n }中,a m -a n =(m -n )d ⇔a m -a n m -n=d (m ≠n ),其几何意义是点(n ,a n ),(m ,a m )所在直线的斜率等于等差数列的公差.②和的性质:在等差数列{a n }中,S n 为其前n 项和,则a .S 2n =n (a 1+a 2n )=…=n (a n +a n +1);b .S 2n -1=(2n -1)a n .(2)求等差数列前n 项和S n 最值的两种方法:①函数法:利用等差数列前n 项和的函数表达式S n =an 2+bn ,通过配方或借助图象求二次函数最值的方法求解.②邻项变号法:a .当a 1>0,d <0时,满足⎩⎪⎨⎪⎧ a m ≥0,a m +1≤0的项数m 使得S n 取得最大值S m ;b .当a 1<0,d >0时,满足⎩⎪⎨⎪⎧a m ≤0,a m +1≥0的项数m 使得S n 取得最小值S m . (1)等差数列{a n }的前n 项和为S n ,已知a 5+a 7=4,a 6+a 8=-2,则当S n 取最大值时,n 的值是( )A .5B .6C .7D .8(2)设数列{a n }是公差d <0的等差数列,S n 为前n 项和,若S 6=5a 1+10d ,则S n 取最大值时,n 的值为( )A .5B .6C .5或6D .11(3)已知等差数列{a n }的首项a 1=20,公差d =-2,则前n 项和S n 的最大值为________. 答案 (1)B (2)C (3)110解析 (1)依题意得2a 6=4,2a 7=-2,a 6=2>0,a 7=-1<0;又数列{a n }是等差数列,因此在该数列中,前6项均为正数,自第7项起以后各项均为负数,于是当S n 取最大值时,n =6,选B.(2)由题意得S 6=6a 1+15d =5a 1+10d ,所以a 6=0,故当n =5或6时,S n 最大,选C.(3)因为等差数列{a n }的首项a 1=20,公差d =-2,代入求和公式得,S n =na 1+n (n -1)2d =20n -n (n -1)2×2 =-n 2+21n =-⎝⎛⎭⎫n -2122+⎝⎛⎭⎫2122, 又因为n ∈N G ,所以n =10或n =11时,S n 取得最大值,最大值为110.6.等差数列的前n 项和及其最值典例 (1)在等差数列{a n }中,2(a 1+a 3+a 5)+3(a 7+a 9)=54,则此数列前10项的和S 10等于( )A .45B .60C .75D .90(2)在等差数列{a n }中,S 10=100,S 100=10,则S 110=________.(3)等差数列{a n }中,已知a 5>0,a 4+a 7<0,则{a n }的前n 项和S n 的最大值为( )A .S 4B .S 5C .S 6D .S 7思维点拨 (1)求等差数列前n 项和,可以通过求解基本量a 1,d ,代入前n 项和公式计算,也可以利用等差数列的性质:a 1+a n =a 2+a n -1=…;(2)求等差数列前n 项和的最值,可以将S n 化为关于n 的二次函数,求二次函数的最值,也可以观察等差数列的符号变化趋势,找最后的非负项或非正项.解析 (1)由题意得a 3+a 8=9,所以S 10=10(a 1+a 10)2=10(a 3+a 8)2=10×92=45. (2)方法一 设数列{a n }的公差为d ,首项为a 1,则⎩⎨⎧ 10a 1+10×92d =100,100a 1+100×992d =10,解得⎩⎨⎧ a 1=1 099100,d =-1150.所以S 110=110a 1+110×1092d =-110. 方法二 因为S 100-S 10=(a 11+a 100)×902=-90, 所以a 11+a 100=-2,所以S 110=(a 1+a 110)×1102=(a 11+a 100)×1102=-110. (3)因为⎩⎪⎨⎪⎧ a 4+a 7=a 5+a 6<0,a 5>0,所以⎩⎪⎨⎪⎧a 5>0,a 6<0,所以S n 的最大值为S 5.答案 (1)A (2)-110 (3)B温馨提醒 (1)利用函数思想求等差数列前n 项和S n 的最值时,要注意到n ∈N G ;(2)利用等差数列的性质求S n ,突出了整体思想,减少了运算量.[方法与技巧]1.在解有关等差数列的基本量问题时,可通过列关于a 1,d 的方程组进行求解.2.证明等差数列要用定义;另外还可以用等差中项法,通项公式法,前n 项和公式法判定一个数列是否为等差数列.3.等差数列性质灵活使用,可以大大减少运算量.4.在遇到三个数成等差数列问题时,可设三个数为(1)a ,a +d ,a +2d ;(2)a -d ,a ,a +d ;(3)a -d ,a +d ,a +3d 等,可视具体情况而定.[失误与防范]。