2021版新高考数学(B)人教A版一轮复习课件:6.4 数列求和
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第4讲 数列求和一、知识梳理 1.基本数列求和方法 (1)等差数列求和公式:S n =n (a 1+a n )2=na 1+n (n -1)2d .(2)等比数列求和公式:S n =⎩⎪⎨⎪⎧na 1,q =1,a 1-a n q 1-q=a 1(1-q n )1-q ,q ≠1.2.数列求和的几种常用方法 (1)分组转化法把数列的每一项分成两项或几项,使其转化为几个等差、等比数列,再求解. (2)裂项相消法把数列的通项拆成两项之差,在求和时中间的一些项可以相互抵消,从而求得其和. (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,这个数列的前n 项和可用错位相减法求解.(4)倒序相加法如果一个数列{a n }的前n 项中与首末两端等“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n 项和即可用倒序相加法求解.常用结论1.一些常见数列的前n 项和公式 (1)1+2+3+4+…+n =n (n +1)2.(2)1+3+5+7+…+(2n -1)=n 2. (3)2+4+6+8+…+2n =n 2+n . 2.常用的裂项公式(1)1n (n +1)=1n -1n +1.(2)1(2n -1)(2n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1.(3)1n +n +1=n +1-n .二、习题改编1.(必修5P47B 组T4改编)在数列{a n }中,a n =1n (n +1),则数列{a n }的前n 项和S n= .解析:a n =1n (n +1)=1n -1n +1,S n =1-12+12-13+…+1n -1n +1=1-1n +1=nn +1.答案:nn +12.(必修5P61A 组T4改编)已知数列:112,214,318,…,⎝ ⎛⎭⎪⎫n +12n ,…,则其前n 项和关于n 的表达式为 .解析:设所求的前n 项和为S n ,则S n =(1+2+3+…+n )+12+14+…+12n =n (n +1)2+1-12n .答案:n (n +1)2+1-12n一、思考辨析判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)当n ≥2时,1n 2-1=1n -1-1n +1.( ) (2)利用倒序相加法可求得sin 21°+sin 22°+sin 23°+…+sin 288°+sin 289°=44.5.( )(3)若S n =a +2a 2+3a 3+…+na n,当a ≠0,且a ≠1时,求S n 的值可用错位相减法求得.( )答案:(1)× (2)√ (3)√ 二、易错纠偏常见误区(1)并项求和时不能准确分组;(2)用错位相减法求和时易出现符号错误,不能准确“错项对齐”. 1.数列{a n }的前n 项和为S n ,已知S n =1-2+3-4+…+(-1)n -1·n ,则S 17=( )A .9B .8C .17D .16解析:选A.S 17=1-2+3-4+5-6+…+15-16+17=1+(-2+3)+(-4+5)+(-6+7)+…+(-14+15)+(-16+17)=1+1+1+…+1=9.2.已知数列{a n }的前n 项和为S n 且a n =n ·2n,则S n = . 解析:S n =1×2+2×22+3×23+…+n ×2n,① 所以2S n =1×22+2×23+3×24+…+n ×2n +1,②①-②得-S n =2+22+23+…+2n -n ×2n +1=2×(1-2n)1-2-n ×2n +1,所以S n =(n -1)2n +1+2.答案:(n -1)2n +1+2分组转化法求和(师生共研)已知数列{a n }的前n 项和S n =n 2+n2,n ∈N *.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =2an +(-1)na n ,求数列{b n }的前2n 项和. 【解】 (1)当n =1时,a 1=S 1=1; 当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2+n 2-(n -1)2+(n -1)2=n .a 1也满足a n =n ,故数列{a n }的通项公式为a n =n .(2)由(1)知a n =n ,故b n =2n +(-1)nn . 记数列{b n }的前2n 项和为T 2n ,则T 2n =(21+22+ (22))+(-1+2-3+4-…+2n ). 记A =21+22+ (22),B =-1+2-3+4-…+2n , 则A =2(1-22n)1-2=22n +1-2,B =(-1+2)+(-3+4)+…+[-(2n -1)+2n ]=n .故数列{b n }的前2n 项和T 2n =A +B =22n +1+n -2.分组转化法求和的常见类型(1)若a n =b n ±c n ,且{b n },{c n }为等差或等比数列,可采用分组求和法求{a n }的前n 项和.(2)通项公式为a n =⎩⎪⎨⎪⎧b n ,n 为奇数,c n ,n 为偶数的数列,其中数列{b n },{c n }是等比数列或等差数列,可采用分组转化法求和.1.(2020·资阳诊断)已知数列{a n }中,a 1=a 2=1,a n +2=⎩⎪⎨⎪⎧a n +2,n 是奇数,2a n ,n 是偶数,则数列{a n }的前20项和为( )A .1 121B .1 122C .1 123D .1 124解析:选C.由题意可知,数列{a 2n }是首项为1,公比为2的等比数列,数列{a 2n -1}是首项为1,公差为2的等差数列,故数列{a n }的前20项和为1×(1-210)1-2+10×1+10×92×2=1 123.选C.2.(2020·吉林长春质量监测(二))各项均为整数的等差数列{a n },其前n 项和为S n ,a 1=-1,a 2,a 3,S 4+1成等比数列.(1)求{a n }的通项公式;(2)求数列{(-1)n·a n }的前2n 项和T 2n . 解:(1)设等差数列{a n }的公差为d , 因为a 1=-1,a 2,a 3,S 4+1成等比数列, 所以a 23=a 2·(S 4+1),即(-1+2d )2=(-1+d )(-3+6d ),解得d =2⎝ ⎛⎭⎪⎫d =12舍去,所以数列{a n }的通项公式为a n =2n -3. (2)由(1)可知a n -a n -1=2(n ≥2),所以T 2n =(-a 1+a 2)+(-a 3+a 4)+…+(-a 2n -1+a 2n )=2n .错位相减法求和(师生共研)(2020·郑州市第二次质量预测)已知数列{a n }中,a 1=1,a n >0,前n 项和为S n ,若a n =S n +S n -1(n ∈N *,且n ≥2).(1)求数列{a n }的通项公式;(2)记c n =a n ·2a n ,求数列{c n }的前n 项和T n . 【解】 (1)在数列{a n }中,a n =S n -S n -1(n ≥2) ①,因为a n =S n +S n -1 ②,且a n >0,所以①÷②得S n -S n -1=1(n ≥2), 所以数列{S n }是以S 1=a 1=1为首项,公差为1的等差数列, 所以S n =1+(n -1)×1=n ,所以S n =n 2. 当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2-(n -1)2=2n -1, 当n =1时,a 1=1,也满足上式, 所以数列{a n }的通项公式为a n =2n -1. (2)由(1)知,a n =2n -1,所以c n =(2n -1)×22n -1,则T n =1×2+3×23+5×25+…+(2n -1)×22n -1,4T n =1×23+3×25+5×27+…+(2n -3)×22n -1+(2n -1)×22n +1,两式相减得,-3T n =2+2(23+25+…+22n -1)-(2n -1)22n +1,=2+2×8(1-22n -2)1-4-(2n -1)22n +1=-103+⎝ ⎛⎭⎪⎫53-2n 22n +1,所以T n =(6n -5)22n +1+109.用错位相减法求和的策略和技巧(1)掌握解题“3步骤”(2)注意解题“3关键”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“S n ”与“qS n ”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“S n -qS n ”的表达式.③在应用错位相减法求和时,若等比数列的公比为参数,应分公比q =1和q ≠1两种情况求解.已知{a n }为正项等比数列,a 1+a 2=6,a 3=8.(1)求数列{a n }的通项公式a n ;(2)若b n =log 2a na n,且{b n }的前n 项和为T n ,求T n .解:(1)依题意,设等比数列{a n}的公比为q ,则有⎩⎪⎨⎪⎧a 1+a 1q =6,a 1q 2=8,则3q 2-4q -4=0,而q >0,所以q =2.于是a 1=2,所以数列{a n }的通项公式为a n =2n. (2)由(1)得b n =log 2a n a n =n2n ,所以T n =12+222+323+…+n2n ,12T n =122+223+…+n -12n +n2n +1, 两式相减得,12T n =12+122+123+…+12n -n 2n +1,所以T n =1+12+122+…+12n -1-n2n=1-12n -1·121-12-n 2n=2-n +22n.裂项相消法求和(典例迁移)(2020·武汉部分学校调研)已知等差数列{a n }的前三项的和为-9,前三项的积为-15.(1)求等差数列{a n }的通项公式; (2)若{a n }为递减数列,求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n a n +1的前n 项和S n .【解】 (1)设等差数列{a n }的公差为d ,依题意知a 2=-3,a 1=-3-d ,a 3=-3+d , 所以(-3-d )×(-3)×(-3+d )=-15,d 2=4,d =±2, 所以a n =-2n +1或a n =2n -7.(2)由题意得a n =-2n +1,所以1a n a n +1=1(2n -1)(2n +1)=12⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1-12n +1,所以S n =12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13+13-15+…+12n -1-12n +1=12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n +1=n 2n +1. 【迁移探究】 (变设问)在本例条件下,若{a n }为递增数列,求数列{|a n |}的前n 项和S n .解:由本例(1)知a n =2n -7,所以|a n |=⎩⎪⎨⎪⎧7-2n ,n ≤32n -7,n ≥4,①n ≤3时,S n =-(a 1+a 2+…+a n )=5+(7-2n )2n =6n -n 2;②n ≥4时,S n =-a 1-a 2-a 3+a 4+…+a n =-2(a 1+a 2+a 3)+(a 1+a 2+…+a n )=18-6n +n 2.综上,数列{|a n |}的前n 项和S n =⎩⎪⎨⎪⎧-n 2+6n ,n ≤3,n 2-6n +18,n ≥4.裂项相消法求和的实质和解题关键裂项相消法求和的实质是先将数列中的通项分解,然后重新组合,使之能消去一些项,最终达到求和的目的,其解题的关键就是准确裂项和消项.(1)裂项原则:一般是前边裂几项,后边就裂几项,直到发现被消去项的规律为止. (2)消项规律:消项后前边剩几项,后边就剩几项,前边剩第几项,后边就剩倒数第几项.[注意] 利用裂项相消法求和时,既要注意检验通项公式裂项前后是否等价,又要注意求和时,正负项相消消去了哪些项,保留了哪些项,切不可漏写未被消去的项.1.(2020·湖北八校联考)已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 9=12a 12+6,a 2=4,则数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n 的前10项和为( )A.1112 B.1011C.910D .89解析:选B.设等差数列{a n }的公差为d ,由a 9=12a 12+6及等差数列的通项公式得a 1+5d =12,又a 2=4,所以a1=2,d=2,所以S n=n2+n,所以1S n =1n(n+1)=1n-1n+1,所以1S1+1S2+…+1S10=⎝⎛⎭⎪⎫1-12+⎝⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝⎛⎭⎪⎫110-111=1-111=1011.2.(2020·郑州市第一次质量测试)已知等差数列{a n}的前n项和为S n,且a2+a5=25,S5=55.(1)求数列{a n}的通项公式;(2)设a n b n=13n-1,求数列{b n}的前n项和T n.解:(1)设等差数列{a n}的公差为d,由题意⎩⎪⎨⎪⎧a2+a5=2a1+5d=25,S5=5a3=5a1+10d=55,解得⎩⎪⎨⎪⎧a1=5,d=3,所以数列{a n}的通项公式为a n=3n+2.(2)由a n b n=13n-1,得b n=1a n(3n-1)=1(3n-1)(3n+2)=13⎝⎛⎭⎪⎫13n-1-13n+2,T n=b1+b2+…+b n=13⎝⎛⎭⎪⎫12-15+15-18+…+13n-1-13n+2=13⎝⎛⎭⎪⎫12-13n+2=16-19n+6=n2(3n+2).[基础题组练]1.1-4+9-16+…+(-1)n+1n2等于( )A.n(n+1)2B.-n(n+1)2C.(-1)n+1n(n+1)2D.以上答案均不对解析:选C.当n为偶数时,1-4+9-16+…+(-1)n+1n2=-3-7-…-(2n-1) =-n2(3+2n-1)2=-n(n+1)2;当n为奇数时,1-4+9-16+…+(-1)n+1n2=-3-7-…-[2(n-1)-1]+n2=-n -12[3+2(n -1)-1]2+n 2=n (n +1)2,综上可得,原式=(-1)n +1n (n +1)2.2.在数列{a n }中,a n =2n-12n ,若{a n }的前n 项和S n =32164,则n =( )A .3B .4C .5D .6解析:选D.由a n =2n-12n =1-12n 得,S n =n -⎝ ⎛⎭⎪⎫12+122+…+12n =n -⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n ,则S n =32164=n -⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n ,将各选项中的值代入验证得n =6.3.已知函数f (n )=⎩⎪⎨⎪⎧n 2,当n 为奇数时,-n 2,当n 为偶数时,且a n =f (n )+f (n +1),则a 1+a 2+a 3+…+a 100等于( )A .0B .100C .-100D .10 200解析:选B.由题意,得a 1+a 2+a 3+…+a 100=12-22-22+32+32-42-42+52+…+992-1002-1002+1012=-(1+2)+(3+2)-(4+3)+…-(99+100)+(101+100) =-(1+2+…+99+100)+(2+3+…+100+101) =-50×101+50×103=100.4.(2020·江西省五校协作体试题)设S n 是数列{a n }的前n 项和,若a n +S n =2n,2b n =2a n +2-a n +1,则1b 1+12b 2+…+1100b 100=( )A.9798B.9899C.99100D .100101解析:选D.因为a n +S n =2n①,所以a n +1+S n +1=2n +1②,②-①得2a n +1-a n =2n,所以2a n +2-a n +1=2n +1,又2b n =2a n +2-a n +1=2n +1,所以b n =n +1,1nb n=1n (n +1)=1n -1n +1,则1b 1+12b 2+…+1100b 100=1-12+12-13+…+1100-1101=1-1101=100101,故选D.5.在数列{a n }中,若a n +1+(-1)na n =2n -1,则数列{a n }的前12项和等于( ) A .76 B .78 C .80D .82解析:选B.由已知a n +1+(-1)na n =2n -1,得a n +2+(-1)n +1·a n +1=2n +1,得a n +2+a n =(-1)n (2n -1)+(2n +1),取n =1,5,9及n =2,6,10,结果相加可得S 12=a 1+a 2+a 3+a 4+…+a 11+a 12=78.故选B.6.等比数列{a n }中,若a 1=27,a 9=1243,q >0,S n 是其前n 项和,则S 6= .解析:由a 1=27,a 9=1243知,1243=27·q 8,又由q >0,解得q =13,所以S 6=27⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫1361-13=3649. 答案:36497.(2020·九江联考)若{a n },{b n }满足a n b n =1,a n =n 2+3n +2,则{b n }的前18项和为 .解析:因为a n b n =1,且a n =n 2+3n +2, 所以b n =1n 2+3n +2=1(n +2)(n +1)=1n +1-1n +2,所以{b n }的前18项和为12-13+13-14+14-15+…+119-120=12-120=10-120=920.答案:9208.已知数列{a n }满足a n +1=12+a n -a 2n ,且a 1=12,则该数列的前 2 018项的和等于 .解析:因为a 1=12,又a n +1=12+a n -a 2n ,所以a 2=1,从而a 3=12,a 4=1,即得a n =⎩⎪⎨⎪⎧12,n =2k -1(k ∈N *),1,n =2k (k ∈N *),故数列的前2 018项的和等于S 2 018=1 009×⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12=3 0272.答案:3 02729.已知数列{a n }满足a 1=12,且a n +1=2a n2+a n .(1)求证:数列{1a n}是等差数列;(2)若b n =a n ·a n +1,求数列{b n }的前n 项和S n . 解:(1)证明:因为a n +1=2a n 2+a n ,所以1a n +1=2+a n2a n ,所以1a n +1-1a n =12, 所以数列{1a n }是首项为2,公差为12的等差数列.(2)由(1)知1a n =1a 1+(n -1)×12=n +32,所以a n =2n +3,所以b n =4(n +3)(n +4)=4×(1n +3-1n +4),S n =4×[(14-15)+(15-16)+…+(1n +3-1n +4)]=4×(14-1n +4)=nn +4.10.(2020·广州市综合检测(一))已知{a n }是等差数列,且lg a 1=0,lg a 4=1. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)若a 1,a k ,a 6是等比数列{b n }的前3项,求k 的值及数列{a n +b n }的前n 项和. 解:(1)因为lg a 1=0,lg a 4=1, 所以a 1=1,a 4=10. 设等差数列{a n }的公差为d , 则d =a 4-a 14-1=3.所以a n =a 1+3(n -1)=3n -2. (2)由(1)知a 1=1,a 6=16,因为a 1,a k ,a 6是等比数列{b n }的前3项. 所以a 2k =a 1a 6=16. 又a n =3n -2>0, 所以a k =4. 因为a k =3k -2, 所以3k -2=4,得k =2.所以等比数列{b n }的公式q =b 2b 1=a 2a 1=4. 所以b n =4n -1.所以a n +b n =3n -2+4n -1.所以数列{a n +b n }的前n 项和为S n =n (3n -1)2+1-4n 1-4=32n 2-12n +13(4n -1). [综合题组练]1.(2020·黑龙江牡丹江一中模拟)已知数列{a n }满足a 1=2,4a 3=a 6,⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 是等差数列,则数列{(-1)na n }的前10项的和S 10是( )A .220B .110C .99D .55解析:选B.设等差数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 的公差为d ,则a 66=a 1+5d ,a 66=a 33+3d ,将已知值和等量关系代入,计算得d =2,所以a nn=a 1+(n -1)d =2n ,a n =2n 2,所以S 10=-a 1+a 2-a 3+a 4-…+a 10=2(1+2+…+10)=110,故选B.2.设数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 1=1,a n +a n +1=12n (n =1,2,3,…),则S 2n -1= .解析:因为a 1=1,a n +a n +1=12n (n =1,2,3,…),所以S 2n -1=a 1+(a 2+a 3)+…+(a 2n-2+a 2n -1)=1+122+124+…+122n -2=43⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫14n .答案:43⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫14n 3.(2019·高考天津卷)设{a n }是等差数列,{b n }是等比数列,公比大于0.已知a 1=b 1=3,b 2=a 3,b 3=4a 2+3.(1)求{a n }和{b n }的通项公式;(2)设数列{c n }满足c n =⎩⎪⎨⎪⎧1,n 为奇数,b n 2,n 为偶数.求a 1c 1+a 2c 2+…+a 2n c 2n (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 .依题意,得⎩⎪⎨⎪⎧3q =3+2d ,3q 2=15+4d ,解得⎩⎪⎨⎪⎧d =3,q =3,故a n =3+3(n -1)=3n ,b n =3×3n -1=3n.所以{a n }的通项公式为a n =3n ,{b n }的通项公式为b n =3n. (2)a 1c 1+a 2c 2+…+a 2n c 2n=(a 1+a 3+a 5+…+a 2n -1)+(a 2b 1+a 4b 2+a 6b 3+…+a 2n b n ) =⎣⎢⎡⎦⎥⎤n ×3+n (n -1)2×6+(6×31+12×32+18×33+…+6n ×3n )=3n 2+6(1×31+2×32+…+n ×3n). 记T n =1×31+2×32+…+n ×3n,① 则3T n =1×32+2×33+…+n ×3n +1,②②-①得,2T n =-3-32-33- (3)+n ×3n +1=-3(1-3n)1-3+n ×3n +1=(2n -1)3n +1+32.所以a 1c 1+a 2c 2+…+a 2n c 2n =3n 2+6T n =3n 2+3×(2n -1)3n +1+32=(2n -1)3n +2+6n 2+92(n ∈N *).4.(2020·安徽省考试试题)已知等差数列{a n }中,a 5-a 3=4,前n 项和为S n ,且S 2,S 3-1,S 4成等比数列.(1)求数列{a n }的通项公式; (2)令b n =(-1)n4na n a n +1,求数列{b n }的前n 项和T n .解:(1)设{a n }的公差为d ,由a 5-a 3=4,得2d =4,d =2. 所以S 2=2a 1+2,S 3-1=3a 1+5,S 4=4a 1+12,又S 2,S 3-1,S 4成等比数列,所以(3a 1+5)2=(2a 1+2)·(4a 1+12), 解得a 1=1, 所以a n =2n -1. (2)b n =(-1)n4na n a n +1=(-1)n⎝⎛⎭⎪⎫12n -1+12n +1,当n 为偶数时,T n =-⎝ ⎛⎭⎪⎫1+13+⎝ ⎛⎭⎪⎫13+15-⎝ ⎛⎭⎪⎫15+17+…-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -3+12n -1+⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1+12n +1,所以T n=-1+12n +1=-2n 2n +1.当n 为奇数时,T n =-⎝ ⎛⎭⎪⎫1+13+⎝ ⎛⎭⎪⎫13+15-⎝ ⎛⎭⎪⎫15+17+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -3+12n -1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -1+12n +1,所以T n =-1-12n +1=-2n +22n +1.所以T n=⎩⎪⎨⎪⎧-2n 2n +1,n 为偶数-2n +22n +1,n 为奇数.。