2.5 等比数列的前n项和(二) 学案(人教A版必修5)

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§2.5 等比数列的前n 项和(二) 课时目标1.熟练应用等比数列前n 项和公式的有关性质解题.2.能用等比数列的前n 项和公式解决实际问题.1.等比数列{a n }的前n 项和为S n ,当公比q ≠1时,S n =a 1(1-q n )1-q =a 1-a n q 1-q;当q =1时,S n =na 1.2项和的性质:(1)连续m 项的和(如S m 、S 2m -S m 、S 3m -S 2m ),仍构成等比数列.(注意:q ≠-1或m 为奇数)(2)S m +n =S m +q m S n (q 为数列{a n }的公比).(3)若{a n }是项数为偶数、公比为q 的等比数列,则S 偶S 奇=q . 3.解决等比数列的前n 项和的实际应用问题,关键是在实际问题中建立等比数列模型.一、选择题1.在各项都为正数的等比数列{a n }中,首项a 1=3,前3项和为21,则a 3+a 4+a 5等于( )A .33B .72C .84D .189答案 C解析 由S 3=a 1(1+q +q 2)=21且a 1=3,得q +q 2-6=0.∵q >0,∴q =2.∴a 3+a 4+a 5=q 2(a 1+a 2+a 3)=22·S 3=84.2.某厂去年产值为a ,计划在5年内每年比上一年产值增长10%,从今年起5年内,该厂的总产值为( )A .1.14aB .1.15aC .10a (1.15-1)D .11a (1.15-1)答案 D解析 注意去年产值为a ,今年起5年内各年的产值分别为1.1a,1.12a,1.13a,1.14a,1.15a .∴1.1a +1.12a +1.13a +1.14a +1.15a =11a (1.15-1).3.已知{a n }是首项为1的等比数列,S n 是{a n }的前n 项和,且9S 3=S 6,则数列{1a n}的前5项和为( ) A.158或5 B.3116或5 C.3116 D.158答案 C解析 若q =1,则由9S 3=S 6得9×3a 1=6a 1,则a 1=0,不满足题意,故q ≠1.由9S 3=S 6得9×a 1(1-q 3)1-q =a 1(1-q 6)1-q, 解得q =2.故a n =a 1q n -1=2n -1,1a n =(12)n -1.所以数列{1a n}是以1为首项,12为公比的等比数列,其前5项和为 S 5=1×[1-(12)5]1-12=3116. 4.一弹性球从100米高处自由落下,每次着地后又跳回到原来高度的一半再落下,则第10次着地时所经过的路程和是(结果保留到个位)( )A .300米B .299米C .199米D .166米答案 A解析 小球10次着地共经过的路程为100+100+50+…+100×⎝ ⎛⎭⎪⎫128=2993964≈300(米). 5.在等比数列中,S 30=13S 10,S 10+S 30=140,则S 20等于( )A .90B .70C .40D .30答案 C解析 q ≠1 (否则S 30=3S 10),由⎩⎨⎧ S 30=13S 10S 10+S 30=140,∴⎩⎨⎧S 10=10S 30=130, ∴⎩⎪⎨⎪⎧ a 1(1-q 10)1-q =10a 1(1-q 30)1-q =130,∴q 20+q 10-12=0.∴q 10=3,∴S 20=a 1(1-q 20)1-q=S 10(1+q 10) =10×(1+3)=40.6.某企业在今年年初贷款a 万元,年利率为γ,从今年年末开始每年偿还一定金额,预计五年内还清,则每年应偿还( )A.a (1+γ)(1+γ)5-1万元B.aγ(1+γ)5(1+γ)5-1万元 C.aγ(1+γ)5(1+γ)4-1万元 D.aγ(1+γ)5万元 答案 B解析 设每年偿还x 万元,则:x +x (1+γ)+x (1+γ)2+x (1+γ)3+x (1+γ)4=a (1+γ)5,∴x =aγ(1+γ)5(1+γ)5-1.二、填空题7.等比数列{a n }的前n 项和为S n ,已知S 1,2S 2,3S 3成等差数列,则{a n }的公比为________.答案 13解析 由已知4S 2=S 1+3S 3,即4(a 1+a 2)=a 1+3(a 1+a 2+a 3).∴a 2=3a 3,∴{a n }的公比q =a 3a 2=13. 8.在等比数列{a n }中,已知S 4=48,S 8=60,则S 12=________________________________________________________________________.答案 63解析 方法一 ∵S 8≠2S 4,∴q ≠1,由已知得⎩⎪⎨⎪⎧ a 1(1-q 4)1-q =48 ①a 1(1-q 8)1-q =60 ②由②÷①得1+q 4=54,∴q 4=14③ 将③代入①得a 11-q=64, ∴S 12=a 1(1-q 12)1-q=64(1-143)=63. 方法二 因为{a n }为等比数列,所以S n ,S 2n -S n ,S 3n -S 2n 也成等比数列,所以(S 2n -S n )2=S n (S 3n -S 2n ),所以S 3n =(S 2n -S n )2S n+S 2n , 所以S 12=(S 8-S 4)2S 4+S 8=(60-48)248+60=63. 9.一个蜂巢里有一只蜜蜂,第1天,它飞出去找回了2个伙伴;第2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6天所有的蜜蜂都归巢后,蜂巢中一共有________只蜜蜂.答案 729解析 每天蜜蜂归巢后的数目组成一个等比数列,a 1=3,q =3,∴第6天所有蜜蜂归巢后,蜜蜂总数为a 6=36=729(只).10.某工厂月生产总值的平均增长率为q ,则该工厂的年平均增长率为________.答案 (1+q )12-1解析 设第一年第1个月的生产总值为1,公比为(1+q ),该厂第一年的生产总值为S 1=1+(1+q )+(1+q )2+…+(1+q )11.则第2年第1个月的生产总值为(1+q )12,第2年全年生产总值S 2=(1+q )12+(1+q )13+…+(1+q )23=(1+q )12S 1,∴该厂生产总值的平均增长率为S 2-S 1S 1=S 2S 1-1=(1+q )12-1. 三、解答题11.为保护我国的稀土资源,国家限定某矿区的出口总量不能超过80吨,该矿区计划从2010年开始出口,当年出口a 吨,以后每年出口量均比上一年减少10%.(1)以2010年为第一年,设第n 年出口量为a n 吨,试求a n 的表达式;(2)因稀土资源不能再生,国家计划10年后终止该矿区的出口,问2010年最多出口多少吨?(保留一位小数)参考数据:0.910≈0.35.解 (1)由题意知每年的出口量构成等比数列,且首项a 1=a ,公比q =1-10%=0.9,∴a n =a ·0.9n -1 (n ≥1).(2)10年的出口总量S 10=a (1-0.910)1-0.9=10a (1-0.910). ∵S 10≤80,∴10a (1-0.910)≤80,即a ≤81-0.910,∴a ≤12.3. 故2010年最多出口12.3吨.12.某市2008年共有1万辆燃油型公交车,有关部门计划于2009年投入128辆电力型公交车,随后电力型公交车每年的投入比上一年增加50%,试问:(1)该市在2015年应该投入多少辆电力型公交车?(2)到哪一年底,电力型公交车的数量开始超过该市公交车总量的13?(lg 657=2.82,lg 2=0.30,lg 3=0.48)解 (1)该市逐年投入的电力型公交车的数量组成等比数列{a n },其中a 1=128,q =1.5,则在2015年应该投入的电力型公交车为a 7=a 1·q 6=128×1.56=1 458(辆).(2)记S n =a 1+a 2+…+a n ,依据题意,得S n 10 000+S n >13, 于是S n =128(1-1.5n )1-1.5>5 000(辆),即1.5n >65732. 两边取常用对数,则n ·lg 1.5>lg 65732, 即n >lg 657-5lg 2lg 3-lg 2≈7.3,又n ∈N +,因此n ≥8. 所以到2016年底,电力型公交车的数量开始超过该市公交车总量的13. 能力提升13.有纯酒精a L(a >1),从中取出1 L ,再用水加满,然后再取出1 L ,再用水加满,如此反复进行,则第九次和第十次共倒出纯酒精________L.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 8⎝ ⎛⎭⎪⎫2-1a解析 用{a n }表示每次取出的纯酒精,a 1=1,加水后浓度为a -1a =1-1a ,a 2=1-1a ,加水后浓度为⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a ⎝ ⎛⎭⎪⎫a -1a =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 2,a 3=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 2, 依次类推:a 9=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 8,a 10=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 9. ∴⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 8+⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 9=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a 8⎝ ⎛⎭⎪⎫2-1a . 14.现在有某企业进行技术改造,有两种方案,甲方案:一次性贷款10万元,第一年便可获利1万元,以后每年比前一年增加30%的利润;乙方案:每年贷款1万元,第一年可获利1万元,以后每年比前一年增加5千元,两方案使用期都是10年,到期后一次性归还本息,若银行贷款利息均按本息10%的复利计算,试比较两种方案谁获利更多?(精确到千元,数据1.110≈2.594,1.310≈13.79)解 甲方案10年中每年获利数组成首项为1,公比为1+30%的等比数列,其和为1+(1+30%)+(1+30%)2+…+(1+30%)9=1.310-11.3-1≈42.63(万元), 到期时银行贷款的本息为10(1+0.1)10≈10×2.594=25.94(万元),∴甲方案扣除贷款本息后,净获利约为42.63-25.94≈16.7(万元).乙方案10年中逐年获利数组成等差数列,1+1.5+…+(1+9×0.5)=10(1+5.5)2=32.50(万元),而贷款本利和为1.1×[1+(1+10%)+…+(1+10%)9]=1.1×1.110-11.1-1≈17.53(万元).∴乙方案扣除贷款本息后,净获利约为32.50-17.53≈15.0(万元),比较得,甲方案净获利多于乙方案净获利.1.准确理解等比数列的性质,熟悉它们的推导过程是记忆的关键.用好其性质也会降低解题的运算量,从而减少错误.2.利用等比数列解决实际问题,关键是构建等比数列模型.要确定a 1与项数n 的实际含义,同时要搞清是求a n 还是求S n 的问题.。