2018年高考数学一轮复习专题6.5数列的综合应用(讲)
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6.5 数列的综合应用考纲要求1.能在具体的问题情境中识别数列的等差关系或等比关系,并能用等差数列、等比数列的有关知识解决相应的问题.2.了解等差数列与一次函数、等比数列与指数函数的关系.1.数列在实际生活中有着广泛的应用,其解题的基本步骤,可用图表示如下:2.数列应用问题的常见模型(1)等差模型:一般地,如果增加(或减少)的量是一个固定的具体量时,该模型是等差模型,增加(或减少)的量就是公差,其一般形式是:a n+1-a n=d(常数).(2)等比模型:一般地,如果增加(或减少)的量是一个固定的百分数时,该模型是等比模型,与变化前的量的比就是公比.(3)混合模型:在一个问题中,同时涉及到等差数列和等比数列的模型.(4)生长模型:如果某一个量,每一期以一个固定的百分数增加(或减少),同时又以一个固定的具体量增加(或减少)时,我们称该模型为生长模型.如分期付款问题,树木的生长与砍伐问题等.(5)递推模型:如果容易找到该数列任意一项(第2项起)与它的前一项(或前几项)间的递推关系式,那么我们可以用递推数列的知识求解问题.1.(2012北京高考)已知{a n}为等比数列,下面结论中正确的是( ).A.a1+a3≥2a2B.a21+a23≥2a22C.若a1=a3,则a1=a2D.若a3>a1,则a4>a22.已知{a n},{b n}均为等差数列,且a2=8,a6=16,b2=4,b6=a6,则由{a n},{b n}的公共项组成的新数列{c n}的通项公式c n=( ).A.3n+4 B.6n+2C.6n+4 D.2n+23.现有200根相同的钢管,把它们堆成三角形垛,要使剩余的钢管尽可能少,那么剩余的钢管为( ).A.9根B.10根C.19根D.21根4.在数列{a n}中,对任意自然数n∈N*恒有a1+a2+…+a n=2n-1,则a1+a22+a33+…+a n n=__________.5.一个蜂巢里有1只蜜蜂,第一天,它飞出去找回了2个伙伴;第二天3只蜜蜂飞出去,各自找回了2个伙伴,…,如果这个找伙伴的过程继续下去,第五天所有蜜蜂都归巢后,蜂巢中一共有__________只蜜蜂.一、等差、等比数列的综合问题【例1】已知等差数列{a n}的前四项的和A4=60,第二项与第四项的和为34,等比数列{b n}的前四项的和B4=120,第二项与第四项的和为90.(1)求数列{a n},{b n}的通项公式;(2)设c n=a n·b n,且{c n}的前n项和为S n,求S n.方法提炼1.等差数列与等比数列相结合的综合问题是高考考查的重点,特别是等差、等比数列的通项公式,前n 项和公式以及等差中项、等比中项问题是历年命题的热点.2.利用等比数列前n 项和公式时注意公比q 的取值,同时对两种数列的性质,要熟悉它们的推导过程,利用好性质,可降低题目的难度,解题时有时还需利用条件联立方程组求解.请做演练巩固提升1二、数列在实际问题中的应用【例2】有一种零存整取的储蓄项目,在每月某日存入一笔相同金额,这是零存;到期可以提出全部本金和利息,这是整取.它的本利和公式如下:本利和=每期存入的金额×[存期+12×存期×(存期+1)×利率].(1)试解释这个本利和公式;(2)若每月初存入100元,月利率为5.1%,到第12个月底的本利和是多少? (3)若每月初存入一笔金额,月利率是5.1%,希望到第12个月底取得本利和2 000元,那么每月初应存入多少?方法提炼1.解等差、等比数列应用题时,首先要认真审题,深刻理解问题的实际背景,理清蕴含在语言中的数学关系,把应用问题抽象为数学中的等差、等比数列问题,使关系明朗化、标准化.然后用等差、等比数列知识求解.这其中体现了把实际问题数学化的能力,也就是所谓的数学建模能力.2.等比数列中处理分期付款问题的注意事项 (1)准确计算出在贷款全部付清时,各期所付款额及利息(注:最后一次付款没有利息). (2)明确各期所付的数额连同到最后一次付款时所生的利息之和,等于商品售价及从购买到最后一次付款时的利息之和.只有掌握了这一点,才可顺利建立等量关系.特别强调:银行储蓄单利公式及复利公式分别是:单利公式——设本金为a 元,每期利率为r ,存期为n ,则本利和a n =a (1+rn ),属于等差模型.复利公式——设本金为a 元,每期利率为r ,存期为n ,则本利和a n =a (1+r )n,属于等比模型.请做演练巩固提升3三、数列与解析几何、不等式的综合应用【例3】已知函数f (x )在(-1,1)上有定义,f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=-1,且满足x ,y ∈(-1,1)时,f (x )+f (y )=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +y 1+xy .(1)证明f (x )在(-1,1)上为奇函数;(2)设数列{x n }中,x 1=12,x n +1=2x n1+x 2n,求用n 表示f (x n )的表达式;(3)求证:当n ∈N *时,1f x 1+1f x 2+…+1f x n >-2n +5n +2恒成立.方法提炼数列、函数、解析几何、不等式是高考的重点内容,将三者综合在一起,强强联合命制大型综合题是历年高考的热点和重点.数列是特殊的函数,以数列为背景的不等式证明问题及以函数为背景的数列综合问题体现了在知识交汇点上命题的特点,该类综合题的知识综合性强,能很好地考查逻辑推理能力和运算求解能力,从而一直成为高考命题者的首选.请做演练巩固提升4构造新数列解答数列问题【典例】 (12分)已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且满足a 1=12,a n =-2S n ·S n -1(n ≥2).求证:S 21+S 22+…+S 2n ≤12-14n.规范解答:∵a n =-2S n ·S n -1(n ≥2),∴S n -S n -1=-2S n ·S n -1.两边同除以S n ·S n -1,得1S n -1S n -1=2(n ≥2),(2分)∴数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n 是以1S 1=1a 1=2为首项,以d =2为公差的等差数列.∴1S n =1S 1+(n -1)·d =2+2(n -1)=2n .∴S n =12n .(4分)将S n =12n代入a n =-2S n ·S n -1,得a n=⎩⎪⎨⎪⎧12n =,12n -2n2n(7分)∵S 2n =14n 2<14n n -=14⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1-1n (n ≥2),S 21=14, ∴当n ≥2时,S 21+S 22+…+S 2n =14+14×2×2+…+14·n ·n<14+14⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+…+14⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1-1n =12-14n;(10分)当n =1时,S 21=14=12-14×1.综上,S 21+S 22+…+S 2n ≤12-14n.(12分)答题指导:1.在数列的解题过程中,常常要构造新数列,使新数列成为等差或等比数列.构造新数列可以使题目变得简单,而构造新数列要抓住题目信息,不能乱变形.2.本题首先构造新数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n ,其次应用放缩法,并且发现只有应用放缩法才能用裂项相消法求和,从而把问题解决.事实上:14n 2<14n n -,也可以看成一个新构造:b n =14n n -.1.已知等差数列{a n }的公差d ≠0,等比数列{b n }的公比q 是小于1的正有理数.若a 1=d ,b 1=d 2,且a 21+a 22+a 23b 1+b 2+b 3是正整数,则q 等于( ).A .-17B .17C .12D .-122.(2012北京高考)某棵果树前n 年的总产量S n 与n 之间的关系如图所示.从目前记录的结果看,前m 年的年平均产量最高,m 的值为( ).A.5 B.7 C.9 D.113.一辆邮政车自A城驶往B城,沿途有n个车站(包括起点站A和终点站B),每停靠一站便要卸下前面各站发往该站的邮袋各一个,同时又要装上该站发往后面各站的邮袋各一个,设该车从各站出发时邮政车内的邮袋数构成一个有穷数列{a k}(k=1,2,3,…,n).(1)求a1,a2,a3;(2)邮政车从第k站出发时,车内邮袋共有多少个?4.(2012湖南高考)某公司一下属企业从事某种高科技产品的生产,该企业第一年年初有资金2 000万元,将其投入生产,到当年年底资金增长了50%.预计以后每年资金年增长率与第一年的相同.公司要求企业从第一年开始,每年年底上缴资金d万元,并将剩余资金全部投入下一年生产,设第n年年底企业上缴资金后的剩余资金为a n万元.(1)用d表示a1,a2,并写出a n+1与a n的关系式;(2)若公司希望经过m(m≥3)年使企业的剩余资金为4 000万元,试确定企业每年上缴资金d的值(用m表示).参考答案基础梳理自测基础自测 1.B2.C 解析:设{a n }的公差为d 1,{b n }的公差为d 2,则d 1=a 6-a 26-2=84=2,d 2=b 6-b 26-2=124=3.∴a n =a 2+(n -2)×2=2n +4, b n =b 2+(n -2)×3=3n -2.∴数列{a n }为6,8,10,12,14,16,18,20,22,…,数列{b n }为1,4,7,10,13,16,19,22,…. ∴{c n }是以10为首项,以6为公差的等差数列. ∴c n =10+(n -1)×6=6n +4.3.B 解析:设堆成x 层,得1+2+3+…+x ≤200,即求使得x (x +1)≤400成立的最大正整数x ,应为19.∴200-19(19+1)2=10.4.2n +1-3 解析:∵a 1+a 2+…+a n =2n -1, 当n ≥2时,a 1+a 2+…+a n -1=2(n -1)-1, 两式作差得a n =2(n ≥2), 当n =1时,a 1=1,∴a 1+a 22+a 33+...+a n n =1+22+23+ (2)=1+22(1-2n -1)1-2=2n +1-3.5.243 解析:第一天1+2只,第二天有a 2=3a 1=9只,第三天a 3=3a 2=27,…,故第n 天为a n =3n ,则a 5=35=243. 考点探究突破【例1】 解:(1)由题意知,对数列{a n }, ⎩⎪⎨⎪⎧ a 2+a 4=34,A 4=60⇒⎩⎪⎨⎪⎧ a 2+a 4=34,a 1+a 3=26, ①② ∴①-②可得: 2d =8. ∴d =4,a 1=9.∴a n =4n +5(n ∈N *).由题意知,对数列{b n },⎩⎪⎨⎪⎧B 4=120,b 2+b 4=90,∴⎩⎪⎨⎪⎧ b 1+b 3=30,b 2+b 4=90.③④④÷③可得q =3,则b 1=3,∴b n =3×3n -1=3n (n ∈N *).(2)由c n =a n ·b n =(4n +5)·3n,∴S n =9·3+13·32+17·33+…+(4n +5)·3n. 两边同乘以3,得3S n =9·32+13·33+17·34+…+(4n +1)·3n +(4n +5)·3n +1. 两式相减,得-2S n =9·3+4·32+4·33+…+4·3n -(4n +5)·3n +1=27+4·32(1-3n -1)1-3-(4n +5)·3n +1=27+2·3n +1-18-(4n +5)·3n +1,∴S n =12[(4n +3)·3n +1-9].【例2】 解:(1)设每期存入的金额为A ,每期利率为P ,存期为n ,则各期的利息之和为nAP +(n -1)AP +…+2AP +AP =n (n +1)AP2,所以本利和为nA +n (n +1)AP2=A ⎣⎢⎡⎦⎥⎤n +n (n +1)2P (元). (2)到第12个月底的本利和为100⎣⎢⎡⎦⎥⎤12+12×12×(12+1)×5.1%=1 597.8(元). (3)设每月初应存入x 元,则有x ⎣⎢⎡⎦⎥⎤12+12×12×(12+1)×5.1%=2 000, 解得x ≈125.2.所以每月初应存入125.2元.【例3】 解:(1)证明:令x =y =0, 得2f (0)=f (0), ∴f (0)=0.令y =-x ,得f (x )+f (-x )=f (0)=0. ∴f (-x )=-f (x ).∴f (x )在(-1,1)上是奇函数.(2)f (x 1)=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=-1, f (x n +1)=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x n 1+x 2n =f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x n +x n 1+x n x n=f (x n )+f (x n )=2f (x n ),∴数列{f (x n )}是以-1为首项,以2为公比的等比数列.∴f (x n )=-2n -1.(3)证明:1f (x 1)+1f (x 2)+…+1f (x n )=-⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12+122+…+12n -1=-1-12n1-12=-2+12n -1>-2,而-2n +5n +2=-⎝ ⎛⎭⎪⎫2+1n +2=-2-1n +2<-2,∴当n ∈N *时,1f (x 1)+1f (x 2)+…+1f (x n )>-2n +5n +2恒成立.演练巩固提升1.C 解析:因为q 是小于1的正有理数,所以首先排除选项A ,D. 又a 12+a 22+a 32b 1+b 2+b 3=a 12+(a 1+d )2+(a 1+2d )2b 1+b 1q +b 1q 2=14d 2d 2(1+q +q 2)=141+q +q 2, 则将B ,C 选项中公比q 的值逐一代入141+q +q 2检验知,只有当q =12时,a 12+a 22+a 32b 1+b 2+b 3才是正整数,所以q =12.2.C 解析:结合S n 与n 的关系图象可知,前2年产量均为0,显然S 22=0为最小,在第3年~第9年期间,S n 的增长呈现持续稳定性.但在第9年之后,S n 的增长骤然降低,因为当n =9时,S 99的值为最大,故m 的值为9.3.解:(1)由题意得a 1=n -1, a 2=(n -1)+(n -2)-1=2n -4,a 3=(n -1)+(n -2)+(n -3)-1-2=3n -9.(2)在第k 站出发时,放上的邮袋共(n -1)+(n -2)+…+(n -k )个, 而从第二站起,每站放下的邮袋共1+2+3+…+(k -1)个,故a k =(n -1)+(n -2)+…+(n -k )-[1+2+…+(k -1)]=kn -12k (k +1)-12k (k -1)=kn -k 2(k =1,2,…,n ),即邮政车从第k 站出发时,车内共有邮袋个数为kn -k 2(k =1,2,…,n ). 4.解:(1)由题意得a 1=2 000(1+50%)-d =3 000-d ,a 2=a 1(1+50%)-d =32a 1-d =4 500-52d .a n +1=a n (1+50%)-d =32a n -d .(2)由(1)得a n =32a n -1-d=32⎝ ⎛⎭⎪⎫32a n -2-d -d =⎝ ⎛⎭⎪⎫322a n -2-32d -d=…=⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1a 1-d ⎣⎢⎡⎦⎥⎤1+32+⎝ ⎛⎭⎪⎫322+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -2.整理得a n =⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1(3 000-d )-2d ⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1-1 =⎝ ⎛⎭⎪⎫32n -1(3 000-3d )+2d . 由题意,a m =4 000,即⎝ ⎛⎭⎪⎫32m -1(3 000-3d )+2d =4 000.解得d =⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫32m -2×1 000 ⎝ ⎛⎭⎪⎫32m -1=1 000(3m -2m +1)3m -2m,故该企业每年上缴资金d 的值为1 000(3m -2m +1)3m -2m时,经过m (m ≥3)年企业的剩余资金为4 000万元.。
2018年高考数学讲练测【浙江版】【讲】第六章数列第05节数列的综合应用【考纲解读】【知识清单】一、等差数列和等比数列比较对点练习:【2018年届广西桂林市柳州市高三模拟金卷】已知错误!未找到引用源。
是等差数列,公差错误!未找到引用源。
不为零.若错误!未找到引用源。
, 错误!未找到引用源。
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成等比数列,且错误!未找到引用源。
,则错误!未找到引用源。
.【答案】.二.数列求和1. 等差数列的前n 和的求和公式:11()(1)22n n n a a n n S na d +-==+. 2.等比数列前错误!未找到引用源。
项和公式 一般地,设等比数列123,,,,,n a a a a 的前n 项和是=n S 123n a a a a ++++,当1≠q 时,错误!未找到引用源。
或错误!未找到引用源。
;当错误!未找到引用源。
时,错误!未找到引用源。
(错位相减法).3. 数列前n 项和①重要公式:(1)1nk k ==∑错误!未找到引用源。
2)1(+n n (2)1(21)nk k =-=∑错误!未找到引用源。
2n(3)31nk k ==∑2333)1(2121⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=+++n n n(4)21nk k ==∑)12)(1(613212222++=++++n n n n ②等差数列中,错误!未找到引用源。
; ③等比数列中,错误!未找到引用源。
.对点练习:【2017届浙江台州中学高三10月月考】在等差数列错误!未找到引用源。
中,错误!未找到引用源。
,其前错误!未找到引用源。
项和为错误!未找到引用源。
,等比数列错误!未找到引用源。
的各项均为正数,错误!未找到引用源。
,公比为错误!未找到引用源。
,且错误!未找到引用源。
,错误!未找到引用源。
. (1)求n a 与n b ;(2)证明:3211121<+++n S S S . 【答案】(1)错误!未找到引用源。
,错误!未找到引用源。
第04节 数列求和【考纲解读】【知识清单】一.数列求和1. 等差数列的前n 和的求和公式:11()(1)22n n n a a n n S na d +-==+. 2.等比数列前n 项和公式 一般地,设等比数列123,,,,,n a a a a 的前n 项和是=n S 123n a a a a ++++,当1≠q 时,qq a S n n --=1)1(1或11n n a a qS q -=-;当1q =时,1na S n =(错位相减法). 3. 数列前n 项和①重要公式:(1)1nk k ==∑123n ++++=2)1(+n n (2)1(21)nk k =-=∑()13521n ++++-=2n(3)31nk k ==∑2333)1(2121⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=+++n n n(4)21nk k ==∑)12)(1(613212222++=++++n n n n②等差数列中,m n m n S S S mnd +=++;③等比数列中,n mm n n m m n S S q S S q S +=+=+.对点练习:1.【2017课标1,理4】记n S 为等差数列{}n a 的前n 项和.若4524a a +=,648S =,则{}n a 的公差为A .1B .2C .4D .8【答案】C2. 已知{}n a 为正项等比数列,n S 是它的前n 项和,若116a =,且4a 与7a 的等差中项为98,则5S 的值( ) A .29 B .31 C .33 D .35 【答案】B【解析】由题意得479+=4a a ,因此363911+=()6482q q q q ⇒=⇒=舍去负值,因此55116(1)231.112S -==-选B.【考点深度剖析】数列求和是高考重点考查的内容之一,命题形式多种多样,以解答题为主,难度中等或稍难,数列求和问题为先导,在解决数列基本问题后考查数列求和,在求和后往往与不等式、函数、最值等问题综合.考查等差数列的求和多于等比数列的求和,往往在此基础上考查“裂项相消法”、“错位相减法”.【重点难点突破】考点1 数列求和【1-1】已知{}n a 是递增的等差数列,2a ,4a 是方程2560x x -+=的根,则数列2n n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和 . 【答案】1422n n n S ++=-【1-2】【2017届浙江嘉兴市高三上基础测试】已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,若11a =,且12n n S ta =-,其中*n N ∈.(1)求实数t 的值和数列{}n a 的通项公式; (2)若数列{}n b 满足32log n n b a =,求数列11{}n n b b +的前n 项和n T . 【答案】(1)23=t ,13-=n n a ;(2)12121121+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-n n n . 【解析】试题分析:(1)由n n a S =可得32t =,2n ≥时由1n n n a S S -=-得数列{}n a 为首项为1,公比为3的等比数列,可得通项公式;(2)化简21n b n =-,则11111()22121n n b b n n +=--+,用裂项相消求和,可得前项和.试题解析: (1)当1=n 时,21111-==ta S a ,得23=t ,从而 2123-=n n a S ,则 2≥n 时,⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=--2123212311n n n n n a a S S a 得 13-=n n a a又01≠a 得31=-n n a a,故数列{}n a 为等比数列,公比为3,首项为1.∴13-=n n a(2)由(1)得 1223-=n n a 得 12-=n b n ∴()()⎪⎭⎫⎝⎛+--=+-=-121121*********n n n n b b n n 得 ⎪⎭⎫⎝⎛+--++-+-=121121513131121n n T n12121121+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=n nn【领悟技法】1.公式法:如果一个数列是等差、等比数列或者是可以转化为等差、等比数列的数列,我们可以运用等差、等比数列的前n 项和的公式来求和.对于一些特殊的数列(正整数数列、正整数的平方和立方数列等)也可以直接使用公式求和.2.倒序相加法:类似于等差数列的前n 项和的公式的推导方法,如果一个数列{}n a 的前n 项中首末两端等“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,如等差数列的前n 项和公式即是用此法推导的.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,那么这个数列的前n 项和即可用此法来求,如等比数列的前n 项和公式就是用此法推导的. 若n n n a b c =∙,其中{}n b 是等差数列,{}n c 是公比为q 等比数列,令112211n n n n n S b c b c b c b c --=++++,则n qS =122311n n n n b c b c b c b c -+++++两式错位相减并整理即得.4.裂项相消法:把数列的通项拆成两项之差,即数列的每一项都可按此法拆成两项之差,在求和时一些正负项相互抵消,于是前n 项的和变成首尾若干少数项之和,这一求和方法称为裂项相消法.适用于类似1n n c a a +⎧⎫⎨⎬⎩⎭(其中{}n a 是各项不为零的等差数列,c 为常数)的数列、部分无理数列等.用裂项相消法求和,需要掌握一些常见的裂项方法: (1)()1111n n k k n n k ⎛⎫=- ⎪++⎝⎭,特别地当1k =时,()11111n n n n =-++; (21k=,特别地当1k ==(3)()()221111212122121n n a n n n n ⎛⎫==+- ⎪-+-+⎝⎭(4)()()()()()1111122112n a n n n n n n n ⎛⎫==- ⎪ ⎪+++++⎝⎭(5))()11(11q p qp p q pq <--= 5.分组转化求和法:有一类数列{}n n a b +,它既不是等差数列,也不是等比数列,但是数列{},{}n n a b 是等差数列或等比数列或常见特殊数列,则可以将这类数列适当拆开,可分为几个等差、等比数列或常见的特殊数列,然后分别求和,再将其合并即可.6.并项求和法:一个数列的前n 项和中,可两两结合求解,则称之为并项求和.形如()()1nn a f n =-类型,可采用两项合并求解.例如,22222210099989721n S =-+-++-()()()100999897215050=++++++=.7. 在利用裂项相消法求和时应注意:(1)在把通项裂开后,是否恰好等于相应的两项之差;(2)在正负项抵消后,是否只剩下了第一项和最后一项,或有时前面剩下两项,后面也剩下两项.对于不能由等差数列、等比数列的前n 项和公式直接求和的问题,一般需要将数列通项的结构进行合理的拆分,转化成若干个等差数列、等比数列的求和.应用公式法求和时,要保证公式使用的正确性,尤其要区分好等差数列、等比数列的通项公式及前n 项和公式.使用裂项法求和时,要注意正负项相消时消去了哪些项,保留了哪些项,切不可漏写未被消去的项,未被消去的项有前后对称的特点,实质上造成正负相消是此法的根源与目的.用错位相减法求和时,应注意(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“n S ”与“n qS ”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“n n S qS -”的表达式.8. [易错提示] 利用裂项相消法解决数列求和问题,容易出现的错误有两个方面: (1)裂项过程中易忽视常数,如)211(21)2(1+-=+n n n n 容易误裂为112n n -+,漏掉前面的系数12; (2)裂项之后相消的过程中容易出现丢项或添项的问题,导致计算结果错误. 应用错位相减法求和时需注意:①给数列和S n 的等式两边所乘的常数应不为零,否则需讨论; ②在转化为等比数列的和后,求其和时需看准项数,不一定为n . 【触类旁通】【变式一】【2017课标II ,理15】等差数列{}n a 的前n 项和为n S ,33a =,410S =,则11nk kS ==∑ 。
第05节数列的综合应用【考纲解读】高频考向【知识清单】一、等差数列和等比数列比较对点练习:【2018年届广西桂林市柳州市高三模拟金卷】已知{}n a 是等差数列,公差d 不为零.若2a ,3a , 7a 成等比数列,且1221a a +=,则n a = .【答案】.二.数列求和1. 等差数列的前n 和的求和公式:11()(1)22n n n a a n n S na d +-==+. 2.等比数列前n 项和公式一般地,设等比数列123,,,,,n a a a a 的前n 项和是=n S 123n a a a a ++++ ,当1≠q 时,qq a S n n --=1)1(1或11n n a a qS q -=-;当1q =时,1na S n =(错位相减法). 3. 数列前n 项和①重要公式:(1)1nk k ==∑123n ++++=2)1(+n n (2)1(21)nk k =-=∑()13521n ++++-= 2n(3)31nk k ==∑2333)1(2121⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=+++n n n(4)21nk k ==∑)12)(1(613212222++=++++n n n n ②等差数列中,m n m n S S S mnd +=++; ③等比数列中,n m m n n m m n S S q S S q S +=+=+. 对点练习:【2017届浙江台州中学高三10月月考】在等差数列{}n a 中,13a =,其前n 项和为n S ,等比数列{}n b 的各项均为正数,11b =,公比为q ,且2212b S +=,22S q b =. (1)求n a 与n b ;(2)证明:3211121<+++n S S S . 【答案】(1)3n a n =,13n n b -=;(2)详见解析.试题解析:(1)设{}n a 的公差为d ,∵222212b S S q b +=⎧⎪⎨=⎪⎩,∴6126q d dq q ++=⎧⎪+⎨=⎪⎩,解得3q =或4q =-(舍),3d =, 故33(1)3n a n n =+-=,13n n b -=;(2)∵(33)2n n n S +=,∴12211()(33)31n S n n n n ==-++, 故121112*********[(1)()()()](1)322334131n S S S n n n ++⋅⋅⋅+=-+-+-+⋅⋅⋅+-=-++,∵1n ≥,∴11012n <≤+,∴111121n ≤-<+,∴1212(1)3313n ≤-<+, 即121111233n S S S ≤++⋅⋅⋅+<. 【考点深度剖析】数列求和是高考重点考查的内容之一,命题形式多种多样,以解答题为主,难度中等或稍难,数列求和问题为先导,在解决数列基本问题后考查数列求和,在求和后往往与不等式、函数、最值等问题综合.【重点难点突破】考点1 等差数列和等比数列的综合问题【1-1】【2017·杭州调研】已知数列{a n },{b n }中,a 1=1,b n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-a 2n a 2n +1·1a n +1,n ∈N *,数列{b n }的前n 项和为S n . (1)若a n =2n -1,求S n ;(2)是否存在等比数列{a n },使b n +2=S n 对任意n∈N *恒成立?若存在,求出所有满足条件的数列{a n }的通项公式;若不存在,请说明理由; (3)若{a n }是单调递增数列,求证:S n <2. 【答案】(1)34-32n +2.(2)满足条件的数列{a n }存在,且只有两个,一个是a n =1,另一个是a n =(-1)n -1.(3)证明见解析.(2)解 满足条件的数列{a n }存在且只有两个, 其通项公式为a n =1和a n =(-1)n -1.证明:在b n +2=S n 中,令n =1,得b 3=b 1.设a n =qn -1,则b n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1q 21qn .由b 3=b 1得⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1q 21q 3=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1q 21q.若q =±1,则b n =0,满足题设条件. 此时a n =1和a n =(-1)n -1.若q≠±1,则1q 3=1q,即q 2=1,矛盾.综上所述,满足条件的数列{a n }存在,且只有两个, 一个是a n =1,另一个是a n =(-1)n -1.(3)证明 因为1=a 1<a 2<…<a n <…, 故a n >0,0<a n a n +1<1,于是0<a 2na 2n +1<1.b n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-a 2n a 2n +1·1a n +1=⎝ ⎛⎭⎪⎫1+a n a n +1⎝ ⎛⎭⎪⎫1-a n a n +1·1a n +1 =⎝⎛⎭⎪⎫1+a n a n +1⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n -1a n +1·a n a n +1<2⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n -1a n +1.故S n =b 1+b 2+…+b n<2⎝ ⎛⎭⎪⎫1a 1-1a 2+2⎝ ⎛⎭⎪⎫1a 2-1a 3+…+2⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n -1a n +1 =2⎝ ⎛⎭⎪⎫1a 1-1a n +1 =2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a n +1<2. 所以S n <2.【1-2】已知等比数列{a n }的各项均为正数,且2a 1+3a 2=1,a 23=9a 2a 6. (1)求数列{a n }的通项公式; (2)设b n =-log3a n ,求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1b n b n +1的前n 项和T n . 【答案】(1)a n =13n ;(2)n4(n +1).(2)∵a n =13n ,∴b n =-log313n=2n , 从而1b n b n +1=14n (n +1)=14⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1,∴T n =14⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1=14⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1n +1=n 4(n +1). 【领悟技法】1.公式法:如果一个数列是等差、等比数列或者是可以转化为等差、等比数列的数列,我们可以运用等差、等比数列的前n 项和的公式来求和.对于一些特殊的数列(正整数数列、正整数的平方和立方数列等)也可以直接使用公式求和.2.倒序相加法:类似于等差数列的前n 项和的公式的推导方法,如果一个数列{}n a 的前n 项中首末两端等“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,如等差数列的前n 项和公式即是用此法推导的.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,那么这个数列的前n 项和即可用此法来求,如等比数列的前n 项和公式就是用此法推导的. 若n n n a b c =∙,其中{}n b 是等差数列,{}n c 是公比为q 等比数列,令112211n n n n n S b c b c b c b c --=++++ ,则n qS =122311n n n n b c b c b c b c -+++++ 两式错位相减并整理即得.4.裂项相消法:把数列的通项拆成两项之差,即数列的每一项都可按此法拆成两项之差,在求和时一些正负项相互抵消,于是前n 项的和变成首尾若干少数项之和,这一求和方法称为裂项相消法.适用于类似1n n c a a +⎧⎫⎨⎬⎩⎭(其中{}n a 是各项不为零的等差数列,c 为常数)的数列、部分无理数列等.5. [易错提示] 利用裂项相消法解决数列求和问题,容易出现的错误有两个方面: (1)裂项过程中易忽视常数,如)211(21)2(1+-=+n n n n 容易误裂为12n n -+,漏掉前面的系数12;(2)裂项之后相消的过程中容易出现丢项或添项的问题,导致计算结果错误. 应用错位相减法求和时需注意:①给数列和S n 的等式两边所乘的常数应不为零,否则需讨论; ②在转化为等比数列的和后,求其和时需看准项数,不一定为n . 【触类旁通】【变式一】【2017·东北三省四校模拟】已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ,公差d≠0,且S 3+S 5=50,a 1,a 4,a 13成等比数列. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设⎩⎨⎧⎭⎬⎫b n a n 是首项为1,公比为3的等比数列,求数列{b n }的前n 项和T n .【答案】(1)a n =2n +1.(2)T n =n×3n.(2)∵b n a n =3n -1,∴b n =a n ·3n -1=(2n +1)·3n -1,∴T n =3+5×3+7×32+…+(2n +1)×3n -1,3T n =3×3+5×32+7×33+…+(2n -1)×3n -1+(2n +1)×3n,两式相减得,-2T n =3+2×3+2×32+…+2×3n -1-(2n +1)×3n=3+2×3(1-3n -1)1-3-(2n +1)×3n =-2n×3n,∴T n =n×3n.【变式二】在数列{a n }中,a 1=2,a 2=12,a 3=54,数列{a n +1-3a n }是等比数列. (1)求证:数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n 3n -1是等差数列; (2)求数列{a n }的前n 项和S n .【答案】(1)证明:见解析.(2)⎝ ⎛⎭⎪⎫n -12×3n +12.【解析】(1)证明:∵a 1=2,a 2=12,a 3=54, ∴a 2-3a 1=6,a 3-3a 2=18. 又∵数列{a n +1-3a n }是等比数列, ∴a n +1-3a n =6×3n -1=2×3n,∴a n +13n -a n 3n -1=2,∴数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n 3n -1是等差数列. (2)由(1)知数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n 3n -1是等差数列,∴a n 3n -1=a 130+(n -1)×2=2n ,∴a n =2n×3n -1.∵S n =2×1×30+2×2×31+…+2n×3n -1,∴3S n =2×1×3+2×2×32+…+2n×3n. ∴S n -3S n =2×1×30+2×1×3+…+2×1×3n -1-2n×3n=2×1-3n1-3-2n×3n =3n-1-2n×3n,∴S n =⎝ ⎛⎭⎪⎫n -12×3n +12.考点2 数列的综合应用【2-1】【安徽省六安市第一中学2018届高三上学期第二次月考】某公司为激励创新,计划逐年加大研发奖金投入.若该公司2015年全年投入研发资金130万元,在此基础上,每年投入的研发资金比上一年增长12%,则该公司全年投入的研发资金开始超过200万元的年份是(参考数据:)( )A. 2021年B. 2020年C. 2019年D. 2018年 【答案】C【2-2】已知()[]23,0,31xf x x x+=∈+,已知数列{}n a 满足03,n a n N *<≤∈,且122010670a a a +++= ,则122010()()()f a f a f a +++ ( )A .有最大值6030B . 有最小值6030 C.有最大值6027 D . 有最小值6027 【答案】A【解析】1()33f = ,当12201013a a a ====时,122010()()()f a f a f a +++ =6030 对于函数23()(03)1xf x x x +=≤≤+,19()316k f '==-,在13x =处的切线方程为913()103y x -=--即3(11)10y x =-,则()22331(11)(3)()01103x f x x x x x +=≤-⇔--≤+成立, 所以03,n a n N *<≤∈时,有()3(113)10n n f a a ≤- 122010()()()f a f a f a +++ []12201031120103()603010a a a ≤⨯-+++= .【2-3】【2017届浙江省湖州、衢州、丽水三市高三4月联考】数列{}n a 中, 112a =,()2*121nn n n a a n N a a +=∈-+(Ⅰ)求证: 1n n a a +<;(Ⅱ)记数列{}n a 的前n 项和为n S ,求证: 1n S <. 【答案】( Ⅰ)见解析;(Ⅱ)见解析.2121122111111111111111111n n n n n n n n n n n n a a a a a a a a a a a a a -----------==<==--+⎛⎫-+-+-- ⎪⎝⎭112222233111111n n n n n n n a a a a aa a -------=-+=--+-+-+,一个一个地变形最后可得111n a a ----+ ,从而证得题中不等式.也可利用裂项方法,由已知递推式得11111n n n a a a +=---,这样也可求得和式n S ,完成不等式的证明. 试题解析:证:(1)因为=,且,所以,所以所以,,.(2),所以.(Ⅱ)证法2:,.,,,所以.【2-4】【2017届浙江省台州市高三4月一模】已知数列满足:.(1)求证:;(2)求证:.【答案】(1)见解析;(2)见解析.所以,因为,所以.(2)假设存在,由(1)可得当时,,根据,而,所以.于是,…….累加可得(*)由(1)可得,而当时,显然有,因此有,这显然与(*)矛盾,所以.【领悟技法】1. 数列与不等式的综合问题是近年来的高考热门问题,与不等式相关的大多是数列的前n项和问题,对于这种问题,在解答时需要利用化归的思想将问题转化为我们较熟悉的问题来解决,要掌握常见的解决不等式的方法,以便更好地解决问题.数列与不等式的结合,一般有两类题:一是利用基本不等式求解数列中的最值;二是与数列中的求和问题相联系,证明不等式或求解参数的取值范围,此类问题通常是抓住数列通项公式的特征,多采用先求和后利用放缩法或数列的单调性证明不等式,求解参数的取值范围.以数列为背景的不等式恒成立问题,或不等式的证明问题,多与数列求和相联系,最后利用函数的单调性求解,或利用放缩法证明.解决数列和式与不等式证明问题的关键是求和,特别是既不是等差、等比数列,也不是等差乘等比的数列求和,要利用不等式的放缩法,放缩为等比数列求和、错位相减法求和、裂项相消法求和,最终归结为有限项的数式大小比较.数列与不等式综合的问题是常见题型,常见的证明不等式的方法有:①作差法;②作商法;③综合法;④分析法;⑤放缩法.2. 数列与解析几何交汇问题主要是解析几何中的点列问题,关键是充分利用解析几何的有关性质、公式,建立数列的递推关系式,然后借助数列的知识加以解决.3. 处理探索性问题的一般方法是:假设题中的数学对象存在或结论成立或其中的一部分结论成立,然后在这个前提下进行逻辑推理.若由此导出矛盾,则否定假设,否则,给出肯定结论,其中反证法在解题中起着重要的作用.还可以根据已知条件建立恒等式,利用等式恒成立的条件求解.4. 解答数列综合问题要善于综合运用函数方程思想、化归转化思想等数学思想以及特例分析法,一般递推法,数列求和及求通项等方法来分析、解决问题.数列与解析几何的综合问题解决的策略往往是把综合问题分解成几部分,先利用解析几何的知识以及数形结合得到数列的通项公式,然后再利用数列知识和方法求解.5.数列是一种特殊的函数,故数列有着许多函数的性质.等差数列和等比数列是两种最基本、最常见的数列,它们是研究数列性质的基础,它们与函数、方程、不等式、三角等内容有着广泛的联系,等差数列和等比数列在实际生活中也有着广泛的应用,随着高考对能力要求的进一步增加,这一部分内容也将受到越来越多的关注.数列与函数的综合问题,解决此类问题时要注意把握以下两点:(1)正确审题,深抠函数的性质与数列的定义;(2)明确等差、等比数列的通项、求和公式的特征.【触类旁通】【变式一】【2017届浙江省杭州市高三4月二模】已知数列{}n a的各项均为非负数,其前n项和为n S ,且对任意的*n N ∈,都有212n n n a a a +++≤. (1)若11a =, 5052017a =,求6a 的最大值;(2)若对任意*n N ∈,都有1n S ≤,求证: ()+1201n n a a n n ≤-≤+.【答案】(1)见解析(2)见解析()61125a a d d d =++++ ,便可求出6a 的最大值;(2)首先假设1k k a a +<,根据已知条件212n n n a a a +++≤得112k k k k a a a a +++≤-≤ ,于是通过证明对于固定的k 值,存在121n a a a +++> ,由此得出与1n S ≤矛盾,所以得到10n n a a +-≥,再设1k k k b a a +=-,则根据121n n n n a a a a +++-≤-可得1,0k k k b b b +≤>,接下来通过放缩,可以得到()1123n n b ≥++++ ,于是可以得出要证的结论.试题解析:(1)由题意知121n n n n a a a a +++-≤-,设1i i i d a a +=- ()1,2,,504i = , 则123504d d d d ≤≤≤≤ ,且1235042016d d d d ++++= ,1255d d d +++≤ 67504409d d d +++= ()1252016409d d d -+++ ,所以12520d d d +++≤ ,()6112521a a d d d ∴=++++≤ .(2)若存在*k N ∈,使得1k k a a +<,则由212n n n a a a +++≤, 得112k k k k a a a a +++≤-≤,因此,从n a 项开始,数列{}n a 严格递增,故12n a a a +++≥ 1k k n a a a ++++≥ ()1k n k a -+,对于固定的k ,当n 足够大时,必有121n a a a +++≥ ,与题设矛盾,所以{}n a 不可能递增,即只能10n n a a +-≥. 令1k k k b a a +=-, ()*k N ∈,由112k k k k a a a a +++-≥-,得1k k b b +≥, 0k b >,故121n a a a ≥+++= ()122n b a a a ++++= ()12332n b b a a a +++++ ,122n n b b nb na ==++++ ()()1122n n n n n b b +≥+++=,所以()21n b n n ≤+,综上,对一切*n N ∈,都有()1201n n a a n n +≤-≤+.【变式二】【2017届浙江省嘉兴一中、杭州高级中学、宁波效实中学等高三下五校联考】已知数列{}n a 中,满足111,2n a a +==记n S 为n a 前n 项和. (I )证明: 1n n a a +>; (Ⅱ)证明: 1cos32n n a π-=⋅(Ⅲ)证明: 22754n S n π+>-.【答案】(1)见解析;(2)见解析;(3)见解析.试题解析:证明:(I )因()()22212212112,n n n n n n a a a a a a +-=+-=-+故只需要证明1n a <即可 ……………………………………………………3分 下用数学归纳法证明: 当1n =时, 1112a =<成立 假设n k =时, 1k a <成立, 那么当1n k =+时,11k a +=<=, 所以综上所述,对任意n , 1n a < …………………………………………6分 (Ⅱ)用数学归纳法证明1cos 3?2n n a π-=当1n =时, 11cos 23a π==成立 假设n k =时, 1cos3?2k k a π-=那么当1n k =+时,1cos3?2k ka π+===所以综上所述,对任意n , 1cos3?2n n a π-= …………………………10分(Ⅲ)22211111111sin 223?23?2n n n n n a a a ππ-----+⎛⎫=-=-=< ⎪⎝⎭得211219?4n n a π-->- …12分 故22212211241127119?4229316454n n i n i S n n πππ-=⎛⎫+⎛⎫>-+=--⨯⨯->- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑ ……15分 【易错试题常警惕】易错典例:【2016高考浙江理数】设数列{}n a 满足112n n a a +-≤,n *∈N . (I )证明:()1122n n a a-≥-,n *∈N ;(II )若32nn a ⎛⎫≤ ⎪⎝⎭,n *∈N ,证明:2n a ≤,n *∈N .易错分析:一是不能正确理解题意,二是在证明过程中不能正确第进行不等式的放缩.试题解析:(I )由112n n a a +-≤得1112n n a a +-≤,故111222n n n n na a ++-≤,n *∈N , 所以11223111223122222222nn n n n n a a a a a a a a --⎛⎫⎛⎫⎛⎫-=-+-+⋅⋅⋅+- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 121111222n -≤++⋅⋅⋅+ 1<,因此()1122n n a a -≥-.(II )任取n *∈N ,由(I )知,对于任意m n >,1121112122222222n mn n n n m m nm n n n n m m a a a a a a a a +++-+++-⎛⎫⎛⎫⎛⎫-=-+-+⋅⋅⋅+- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭11111222n n m +-≤++⋅⋅⋅+ 112n -<, 故11222m nn n m a a -⎛⎫<+⋅ ⎪⎝⎭11132222mn n m-⎡⎤⎛⎫≤+⋅⋅⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦3224mn ⎛⎫=+⋅ ⎪⎝⎭.从而对于任意m n >,均有3224mn n a ⎛⎫<+⋅ ⎪⎝⎭.由m 的任意性得2n a ≤. ①否则,存在0n *∈N ,有02n a >,取正整数000342log 2n n a m ->且00m n >,则0034002log 23322244n a m m n n a -⎛⎫⎛⎫⋅<⋅=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,与①式矛盾.综上,对于任意n *∈N ,均有2n a ≤. 温馨提醒:(I )先利用三角形不等式及变形得111222n n n n na a ++-≤,再用累加法可得1122n n a a -<,进而可证()1122n n a a -≥-;(II )由(I )的结论及已知条件可得3224mn n a ⎛⎫<+⋅ ⎪⎝⎭,再利用m 的任意性可证2n a ≤.【学科素养提升之思想方法篇】----数列求和与比较大小数列与不等式知识相结合的考查方式主要有三种:一是判断数列问题中的一些不等关系;二是以数列为载体,考查不等式的恒成立问题;三是考查与数列问题有关的不等式的证明.在解决这些问题时,如果是证明题要灵活选择不等式的证明方法,如比较法、综合法、分析法、放缩法等.如果是解不等式问题,要使用不等式的各种不同解法,如数轴法、因式分解法. 【典例】数列{a n }是公比为12的等比数列,且1-a 2是a 1与1+a 3的等比中项,前n 项和为S n ;数列{b n }是等差数列,b 1=8,其前n 项和T n 满足T n =n λ·b n +1(λ为常数,且λ≠1). (1)求数列{a n }的通项公式及λ的值; (2)比较1T 1+1T 2+1T 3+…+1T n 与12S n 的大小.【答案】设{b n }的公差为d ,又⎩⎪⎨⎪⎧T 1=λb 2,T 2=2λb 3,即⎩⎪⎨⎪⎧8=λ 8+d ,16+d =2λ 8+2d ,解得⎩⎪⎨⎪⎧λ=12,d =8或⎩⎪⎨⎪⎧λ=1,d =0(舍),∴λ=12.(2)由(1)知S n =1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n,∴12S n =12-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n +1≥14,① 又T n =4n 2+4n ,1T n =14n n+1 =14⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1,∴1T 1+1T 2+…+1T n=14⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1n +1 =14⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1n +1<14,②由①②可知1T 1+1T 2+…+1T n <12S n .。