冲刺2019高考数学二轮复习核心考点特色突破专题 19数列通项与求和问题

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专题19 数列通项与求和问题【自主热身,归纳提炼】1、 等比数列{}n a 的各项均为实数,其前n 项和为n S ,已知374S =,6634S =,则8a = . 【答案】32【解析】由于,故2q =,而,故114a =,则781a a q = 32=. 2、对于数列{a n },定义数列{b n }满足b n =a n +1-a n (n ∈N *),且b n +1-b n =1(n ∈N *),a 3=1,a 4=-1,则a 1=________. 【答案】 8【解析】:因为b 3=a 4-a 3=-1-1=-2,所以b 2=a 3-a 2=b 3-1=-3,所以b 1=a 2-a 1=b 2-1=-4,三式相加可得a 4-a 1=-9,所以a 1=a 4+9=8.3、设公比不为1的等比数列{a n }满足a 1a 2a 3=-18,且a 2,a 4,a 3成等差数列,则数列{a n }的前4项和为________.【答案】: 58解后反思 本题主要考查等差中项和等比中项的性质及应用,体现了等差数列和等比数列的基本量的计算问题中的方程思想,等比数列的求和要注意公比是否为1.:4、已知等比数列{a n }的前n 项和为S n ,若S 2=2a 2+3,S 3=2a 3+3,则公比q 的值为________. 【答案】:. 2当q =1时,显然不满足题意;当q ≠1时, ⎩⎪⎨⎪⎧a 1-q21-q =2a 1q +3,a1-q 31-q=2a 1q 2+3,整理得⎩⎪⎨⎪⎧a 1-q =3,a 1+q -q2=3,解得q =2.5、 记公比为正数的等比数列{a n }的前n 项和为S n .若a 1=1,S 4-5S 2=0,则S 5的值为________. 【答案】: 31【解析】:设公比为q ,且q >0,又a 1=1,则a n =q n -1.由S 4-5S 2=0,得(1+q 2)S 2=5S 2,所以q =2,所以S 5=1-251-2=31. 解后反思 利用S 4=(1+q 2)S 2,可加快计算速度,甚至可以心算. 6、设数列{}n a 的前n 项和为n S ,若,则数列{}n a 的通项公式为n a =.【答案】:12n-7、 已知数列{a n }满足a 1=-1,a 2>a 1,|a n +1-a n |=2n(n ∈N *),若数列{a 2n -1}单调递减,数列{a 2n }单调递增,则数列{a n }的通项公式为a n =________. 【答案】-n-13【解析】:因为|a n +1-a n |=2n,所以当n =1时,|a 2-a 1|=2.由a 2>a 1,a 1=-1得a 2=1.当n =2时,|a 3-a 2|=4,得a 3=-3或a 3=5.因为{a 2n -1}单调递减,所以a 3=-3.当n =3时,|a 4-a 3|=8,得a 4=5或a 4=-11.因为{a 2n }单调递增,所以a 4=5.同理得a 5=-11,a 6=21.因为{a 2n -1}单调递减,a 1=-1<0,所以a 2n -1<0.同理a 2n >0.所以当n 为奇数时(n ≥3),有a n -a n -1=-2n -1,a n-1-a n -2=2n -2.两式相加得a n -a n -2=-2n -2.那么a 3-a 1=-2;a 5-a 3=-23;…;a n -a n -2=-2n -2.以上各式相加得a n -a 1=-(2+23+25+…+2n -2).所以a n =a 1-2[1-2n -32+1]1-22=-2n+13.同理,当n 为偶数时,a n =2n-13.所以a n=⎩⎪⎨⎪⎧-2n+13,n 为奇数,2n-13, n 为偶数.也可以写成a n =-n-13.【问题探究,变式训练】例1、已知{a n }是等差数列,其前n 项和为S n ,{b n }是等比数列,且a 1=b 1=2,a 4+b 4=21,S 4+b 4=30. (1) 求数列{a n }和{b n }的通项公式;(2) 记c n =a n b n ,n ∈N *,求数列{c n }的前n 项和.【解析】: (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a 1=b 1=2,得a 4=2+3d ,b 4=2q 3,S 4=8+6d .(3分)由条件a 4+b 4=21,S 4+b 4=30,得方程组⎩⎪⎨⎪⎧2+3d +2q 3=21,8+6d +2q 3=30,解得⎩⎪⎨⎪⎧d =1,q =2.所以a n =n +1,b n =2n ,n ∈N *.(7分) (2) 由题意知c n =(n +1)×2n. 记T n =c 1+c 2+c 3+…+c n .则T n =2×2+3×22+4×23+…+n ×2n -1+(n +1)×2n,2T n =2×22+3×23+…+(n -1)×2n -1+n ×2n +(n +1)2n +1,所以-T n =2×2+(22+23+ (2))-(n +1)×2n +1,(11分)即T n =n ·2n +1,n ∈N *.(14分)【变式1】、在数列{}n a 中,已知113a =,,*n ∈N ,设n S 为{}n a 的前n 项和.(1)求证:数列{3}n n a 是等差数列;(2)求n S .证明 (1)因为,所以,又因为113a =,所以113=1a ⋅, 所以{3}n n a 是首项为1,公差为2-的等差数列.(2)由(1)知,所以,所以,所以,两式相减得.112()3n n +=⋅,所以3n n n S =. 【变式2】、已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,且(*∈N n ).(1)求数列{}n a 的通项公式; (2)若数列{}n b 满足,求数列{}n b 的通项公式. 解 (1)由22n n S a =-,得.两式相减,得,所以12n n a a +=,由又1122S a =-,得1122a a =-,12a =, 所以数列{}n a 为等比数列,且首项为2,公比2q =,所以2n n a =.(2)由(1)知.由(*n ∈N ),得(2n ≥).故,即.当1n =时,.所以【关联1】、数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=2,S n =a n ⎝ ⎛⎭⎪⎫n3+r (r ∈R ,n ∈N *). (1) 求r 的值及数列{a n }的通项公式; (2) 设b n =na n(n ∈N *),记{b n }的前n 项和为T n .①当n ∈N *时,λ<T 2n -T n 恒成立,求实数λ的取值范围;②求证:存在关于n 的整式g (n ),使得(T i +1)=T n ·g (n )-1对一切n ≥2,n∈N *都成立.思路分析 (1) 利用关系式a n=⎩⎪⎨⎪⎧S 1,n =1,S n-S n -1,n ≥2,n ∈N *,)将a n 与S n 的关系转化为a n 与a n -1的关系,再利用累乘法求{a n }的通项公式;(2) ①利用数列{T 2n -T n }的单调性求T 2n -T n 的最小值即可;②利用条件得到T n 与T n -1的关系,通过变形,化简和式(T i +1),即可证得命题.规范解答 (1) 当n =1时,S 1=a 1⎝ ⎛⎭⎪⎫13+r ,所以r =23,(2分) 所以S n =a n ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 3+23.当n ≥2时,S n -1=a n -1⎝ ⎛⎭⎪⎫n 3+13, 两式相减,得a n =n +23a n -n +13a n -1,所以a n a n -1=n +1n -1(n ≥2).(4分) 所以a 2a 1·a 3a 2·…·a n a n -1=31×42×53×…×n n -2×n +1n -1,即a n a 1=n n +11×2. 所以a n =n (n +1)(n ≥2),又a 1=2适合上式. 所以a n =n (n +1)(n ∈N *).(6分) (2) ①因为a n =n (n +1),所以b n =1n +1,T n =12+13+…+1n +1. 所以T 2n =12+13+…+12n +1,所以T 2n -T n =1n +2+1n +3+…+12n +1.(8分)令B n =T 2n -T n =1n +2+1n +3+…+12n +1. 则B n +1=1n +3+1n +4+…+12n +3. 所以B n +1-B n =12n +2+12n +3-1n +2=3n +42n +22n +3n +2>0,所以B n +1>B n ,所以B n 单调递增,(10分) (B n )min =B 1=13,所以λ<13.(12分)②因为T n =12+13+…+1n +1.所以当n ≥2时,T n -1=12+13+…+1n ,所以T n -T n -1=1n +1,即(n +1)T n -nT n -1=T n -1+1.(14分) 所以当n ≥2时,(T i +1)=(3T 2-2T 1)+(4T 3-3T 2)+(5T 4-4T 3)+…+[(n +1)T n -nT n -1]=(n +1)T n -2T 1=(n +1)T n -1,所以存在关于n 的整式g (n )=n +1,使得(T i +1)=T n ·g (n )-1对一切n ≥2,n ∈N *都成立.(16分) 解后反思 本题以a n 与S n 的关系为背景,考查了数列的通项、求和、数列的单调性,考查学生利用数列知识解决数列与不等式的综合问题的能力,以及代数变形与推理论证能力. 【关联2】、已知各项是正数的数列{a n }的前n 项和为S n . (1) 若S n +S n -1=a 2n +23(n∈N *,n ≥2),且a 1=2.①求数列{a n }的通项公式; ②若S n ≤λ·2n +1对任意n ∈N *恒成立,求实数λ的取值范围.(2) 已知数列{a n }是公比为q (q >0,q ≠1)的等比数列,且数列{a n }的前n 项积为10T n .若存在正整数k ,对任意n ∈N *,使得T (k +1)nT kn为定值,求首项a 1的值.. 思路分析 (1) ①利用a n =S n -S n -1(n ≥2),得到a n +1与a n 的关系,并特别注意式中的n ≥2.对于n =1的情况必须单独处理.由3(S 2+S 1)=a 22+2及a 1=2,得3(4+a 2)=a 22+2,即a 22-3a 2-10=0. 结合a 2>0,解得a 2=5,满足a 2-a 1=3.(3分)所以对n ∈N *,均有a n +1-a n =3,即数列{a n }是首项为a 1=2,公差为3的等差数列, 数列{a n }的通项公式为a n =3n -1.(5分) ②由①知,S n =n (a 1+a n )2=n (3n +1)2,所以λ≥n (3n +1)2n +2对n ∈N *恒成立.(6分)记f (n )=n (3n +1)2n +2,n ∈N *.考虑f (n +1)-f (n )=(n +1)(3n +4)2n +3-n (3n +1)2n +2=-(3n 2-5n -4)2n +3.(8分) 当n ≥3时,f (n +1)<f (n ),且f (1)=12,f (2)=78,f (3)=1516.所以f (n )max =f (3)=1516,从而λ≥1516.所以实数λ的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫1516,+∞.(11分)T n =nb 1+n (n -1)2d =d 2n 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫b 1-d 2n ,记A =d 2≠0,B =b 1-d2,则T n =An 2+Bn .所以T (k +1)n T kn =A (k +1)2n 2+B (k +1)n Ak 2n 2+Bkn =k +1k ·A (k +1)n +B Akn +B.因为对任意n ∈N *,T (k +1)n T kn 为定值,所以A (k +1)n +BAkn +B也为定值. 设A (k +1)n +BAkn +B=μ,则[A (k +1)-μAk ]n +B -B μ=0对n ∈N *恒成立. 所以⎩⎪⎨⎪⎧A (k +1)-μAk =0,①B -B μ=0,②由①得μ=k +1k,代入②得B =0.(15分) 即b 1=12d ,即lg a 1=12lg q ,得a 1=q .(16分)【关联3】、已知数列{}n a 满足,数列{}n a 的前n 项和为n S .(1)求13a a +的值; (2)若.① 求证:数列{}2n a 为等差数列;② 求满足的所有数对()p m ,.【思路分析】(1)直接令1,2n =得到关系式,两式相减,求出13a a +的值 (2)分别赋值21,2n n -,得到关系式,两式相减,得到,结合1532a a a +=,计算出114a =,从而求2114n a -=,代入关系式,得出294n a n =+,利用定义法证明{}2n a 为等差数列(3)求和得到2n S ,代入关系式整理得,需要转化两个因数相乘的形式,变形处理,利用平方差公式得到,因为且均为正整数,则两个因数只能为27和1,从而求出p m ,的值.规范解答 (1)由条件,得 1312a a +=. (3)分(2)①证明:因为,所以,, ……………………………………………… 6分于是,所以314a =,从而114a =. ……………………………………………… 8分所以,所以2114n a -=,将其代入③式,得294n a n =+, 所以(常数),所以数列{}2n a 为等差数列.……………………………………………… 10分 ②注意到121n a a +=, 所以,…………………………………………… 12分由224p m S S =知.所以,即,又*p m ∈N ,,所以且均为正整数,所以,解得,所以所求数对为(104),. 16分例2、 正项数列{}n a 的前n 项和n S 满足: .(1)求数列{}n a 的通项公式n a ;(2)令,数列{}n b 的前n 项和为n T .证明:对于任意的*n N ∈,都有564n T <.解(1)由,得.由于{}n a 是正项数列,所以.于是时,.综上,数列{}n a 的通项2n a n =.(2)证明 由于,则.所以.【变式1】、数列{}n a 的前n 项和为nS ,.(1)求r 的值及数列{}n a 的通项公式;(2)设,记{}n b 的前n 项和为n T .①当n N *∈时,2n n T T λ<-恒成立,求实数λ的取值范围;②求证:存在关于n 的整式()g n ,使得对一切2,n n N *∈≥都成立.(2)①因为(1)n a n n =+,所以11n b n =+,所以.所以,所以.令,则.所以.所以1n n B B +>,所以n B 单调递增. 所以n B 的最小值为113B =,所以13λ<. ②因为,所以当2n ≥时,.所以即.当2n ≥时.所以存在关于的整式()1g n n =+.使得对一切都成立.【变式2】、已知数列{a n }满足a 1=10,a n -10≤a n +1≤a n +10(n ∈N *).(1) 若{a n }是等差数列,S n =a 1+a 2+…+a n ,且S n -10≤S n +1≤S n +10(n ∈N *),求公差d 的取值集合; (2) 若b 1,b 2,…,b k 成等比数列,公比q 是大于1的整数,b 1=10,b 2≤20,且b 1+b 2+…+b k >2017,求正整数k 的最小值;(3) 若a 1,a 2,…,a k 成等差数列,且a 1+a 2+…+a k =100,求正整数k 的最小值以及k 取最小值时公差d 的值.(3) a 1+a 2+…+a k =10k +k k -2d =100,所以d =200-20kk k -.(11分)由题意|d |=|a n +1-a n |≤10,所以⎪⎪⎪⎪⎪⎪200-20k k k -≤10.(13分)所以-k 2+k ≤20-2k ≤k 2-k ,所以k ≥4, 所以k min =4.(15分) 此时d =10.(16分)解后反思 本题第(2)问在原题上有所改动,原题如下:(2) 若a 1,a 2, …,a k 成等比数列,公比q 是大于1的整数,且a 1+a 2+…+a k >2017,求正整数k 的最小值. 原题的漏洞在于a n =10×2n -1以指数级上升,条件中的a n +1≤a n【变式3】、已知S n 是数列{a n }的前n 项和,a 1=3,且2S n =a n +1-3(n∈N *). (1) 求数列{a n }的通项公式;(2) 对于正整数i ,j ,k (i <j <k ),已知λa j ,6a i ,μa k 成等差数列,求正整数λ,μ的值; (3) 设数列{b n }前n 项和是T n ,且满足:对任意的正整数n ,都有等式a 1b n +a 2b n -1+a 3b n -2+…+a n b 1=3n +1-3n-3成立. 求满足等式T n a n =13的所有正整数n .思路分析 (1) 当n≥2时,S n -S n -1=a n ,得到a n +1与a n 的关系式; (2) 在等式λ·3j+μ·3k=12·3i两边同除以3i或3j;(3) 先求出b n =2n -1,T n =n 2.再试算T n a n的前几项,猜出【答案】,并证明结论.规范解答 (1) 2S n =a n +1-3,2S n -1=a n -3(n≥2),两式相减,得2a n =a n +1-a n .即当n≥2时,a n +1=3a n .(2分) 由a 1=S 1=3,得6=a 2-3,即a 2=9,满足a 2=3a 1. 所以对n∈N *,都有a n +1=3a n ,即a n +1a n=3. 所以数列{a n }是首项为3,公比为3的等比数列,通项公式a n =3n.(4分) (2) 由(1),得λ·3j +μ·3k =12·3i ,即λ+μ·3k -j=43j -i -1. 因为正整数i ,j ,k 满足i <j <k ,且λ,μ∈N *,所以λ+μ·3k -j=43j -i -1∈N *.(6分) 所以只有⎩⎪⎨⎪⎧3j -i -1=1,3k -j =3,即λ+3μ=4,得λ=μ=1.(8分) (3) 由(1)知,31b n +32b n -1+33b n -2+…+3n b 1=3n +1-3n -3, ①及31b n +1+32b n +33b n -1+…+3n +1b 1=3n +2-3(n +1)-3, ②②/3-①,得b n +1=2n +1.(10分)又3b 1=9-3-3=3,得b 1=1,所以b n =2n -1,从而T n =n 2.设f (n )=T n a n =n 23n ,n ∈N *.当n =1时T 1a 1=13;当n =2时T 2a 2=49;当n =3时T 3a 3=13;(12分)下面证明:对任意正整数n >3都有T n a n <13,T n +1a n +1-T n a n =(n +1)2⎝ ⎛⎭⎪⎫13n +1-n 2⎝ ⎛⎭⎪⎫13n =⎝ ⎛⎭⎪⎫13n +1[(n +1)2-3n 2]=⎝ ⎛⎭⎪⎫13n +1(-2n 2+2n +1), 当n ≥3时,-2n 2+2n +1=(1-n 2)+n (2-n )<0,即T n +1a n +1-T na n<0, 所以当n ≥3时,T n a n 递减,所以对任意正整数n >3都有T n a n <T 3a 3=13.综上可得,满足等式T n a n =13的正整数n 的值为1和3.(16分)解后反思 第(1)题中,要注意验证a 2=3a 1; 第(2)题中,也可化为λ·3j -i -1+μ·3k -i -1=4,说明只能λ=1;第(3)题这种类型的题,一般是先猜再证.若条件出现数列的“和”的等式,则可以利用“差商”法求数列的通项公式,另外利用数列的单调性确定数列项的范围,进而解决相关的问题也是数列问题中的常用的数学思想方法.【变式4】、已知数列{a n }的前n 项和为S n ,对任意正整数n ,总存在正数p ,q ,r ,使得a n =p n -1,S n =q n-r恒成立;数列{b n }的前n 项和为T n ,且对任意正整数n ,2T n =nb n 恒成立. (1) 求常数p ,q ,r 的值; (2) 证明数列{b n }为等差数列;(3) 若b 2=2,记P n =2n +b 1a n +2n +b 22a n +2n +b 34a n +…+2n +b n -12n -2a n +2n +b n 2n -1a n ,是否存在正整数k ,使得对任意正整数n ,P n ≤k 恒成立,若存在,求正整数k 的最小值;若不存在,请说明理由.思路分析 第(1)问,由于所给出的是关于通项与和的一般性的式子,因此,利用特殊与一般的关系,将一般进行特殊化来处理,可分别取n =2,3,求出p ,q 的值(必要性),再验证是否符合题意(充分性). 第(2)问,根据数列的通项与其前n 项和的关系a n =⎩⎪⎨⎪⎧S 1,n =1,S n -S n -1,n ≥2来得到数列的递推关系,有了递推关系后来判断数列是等差数列就有两种方法:一是利用递推关系求出数列的通项公式,进而通过定义来加以证明;二是利用等差中项来进行证明.第(3)问,根据所要研究的对象“P n ≤k 恒成立”可以看出,本题的本质就是求P n 的最大值,而研究一个数列的最值的基本方法是研究数列的单调性,因此,利用邻项作差的方法来判断{P n }的单调性,进而求出数列的最大值.另外,注意到本题的P n 是一个差比数列的和,因此,本题又可以通过先求和,然后再判断单调性,进而求最值的方法来加以求解,但这种方法并不简便,故采用直接判断单调性的方法来加以求解. 规范解答 (1) 因为S n =q n-r ①, 所以S n -1=qn -1-r ②(n ≥2),①-②得S n -S n -1=q n-q n -1,即a n =q n -qn -1(n ≥2),(1分)又a n =pn -1,所以pn -1=q n-qn -1(n ≥2),n =2时,p =q 2-q ;n =3时,p 2=q 3-q 2. 因为p ,q 为正数,解得p =q =2.(3分)又因为a 1=1,S 1=q -r ,且a 1=S 1,所以r =1.(4分) (2) 因为2T n =nb n ③,当n ≥2时,2T n -1=(n -1)b n -1 ④,③-④得2b n =nb n -(n -1)b n -1,即(n -2)b n =(n -1)b n -1 ⑤,(6分)证法1 又(n -1)b n +1=nb n ⑥,⑤+⑥得(2n -2)b n =(n -1)b n -1+(n -1)b n +1,(7分) 即2b n =b n -1+b n +1,所以{b n }为等差数列.(8分) 证法2 由(n -2)b n =(n -1)b n -1,得b n n -1=b n -1n -2, 当n ≥3时,b n n -1=b n -1n -2=…=b 21,所以b n =b 2(n -1),所以b n -b n -1=b 2,(6分)因为n =1时,由2T n =nb n 得2T 1=b 1,所以b 1=0,则b 2-b 1=b 2,(7分) 所以b n -b n -1=b 2,对n ≥2恒成立,所以{b n }为等差数列.(8分)(3) 因为b 1=0,又b 2=2,由(2)知{b n }为等差数列,所以b n =2n -2,(9分) 又由(1)知a n =2n -1,(10分)所以P n =2n 2n -1+2n +22n +…+4n -422n -3+4n -222n -2,又P n +1=2n +22n +…+4n -422n -3+4n -222n -2+4n 22n -1+4n +222n ,所以P n +1-P n =4n 22n -1+4n +222n -2n 2n -1=12n +2-4n ·2n4n,(12分) 令P n +1-P n >0得12n +2-4n ·2n>0, 所以2n <6n +12n =3+12n <4,解得n =1,所以n =1时,P n +1-P n >0,即P 2>P 1,(13分)n ≥2时,因为2n ≥4,3+12n <4,所以2n >3+12n =6n +12n ,即12n +2-4n ·2n<0.此时P n +1<P n ,即P 2>P 3>P 4>…,(14分)所以P n 的最大值为P 2=2×22+2×2+222=72,(15分)若存在正整数k ,使得对任意正整数n ,P n ≤k 恒成立,则k ≥P max =72,所以正整数k 的最小值为4.(16分)。