2020优化方案高考总复习文科数学学案及练习第六章数列第5讲数列的综合应用

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第5讲 数列的综合应用 等差数列与等比数列的综合问题(师生共研) (2018·高考北京卷)设{an}是等差数列,且a1=ln 2,a2+a3=5ln 2. (1)求{an}的通项公式; (2)求ea1+ea2+…+ean. 【解】 (1)设{an}的公差为d. 因为a2+a3=5ln 2, 所以2a1+3d=5ln 2. 又a1=ln 2,所以d=ln 2. 所以an=a1+(n-1)d=nln 2.

(2)因为ea1=eln 2=2,eanean-1=ean-an-1=eln 2=2, 所以{ean}是首项为2,公比为2的等比数列. 所以ea1+ea2+…+ean=2×1-2n1-2=2(2n-1)=2n+1-2.

等差数列、等比数列综合问题的解题策略 (1)分析已知条件和求解目标,确定最终解决问题需要首先求解的中间问题,如求和需要先求出通项、求出通项需要先求出首项和公差(公比)等,确定解题的顺序. (2)注意细节.在等差数列与等比数列综合问题中,如果等比数列的公比不能确定,则要看其是否有等于1的可能,在数列的通项问题中第一项和后面的项能否用同一个公式表示等,这些细节对解题的影响也是巨大的. [提醒] 在不能使用同一公式进行计算的情况下要注意分类讨论,分类解决问题后要注意结论的整合.

数列{an}的前n项和记为Sn,a1=1,an+1=2Sn+1(n≥1). (1)求{an}的通项公式; (2)等差数列{bn}的各项为正,其前n项和为Tn,且T3=15,又a1+b1,a2+b2,a3+b3成等比数列,求Tn. 解:(1)由an+1=2Sn+1,可得an=2Sn-1+1(n≥2), 两式相减得an+1-an=2an,则an+1=3an(n≥2). 又a2=2S1+1=3,所以a2=3a1. 故{an}是首项为1,公比为3的等比数列,所以an=3n-1. (2)设{bn}的公差为d. 由T3=15,即b1+b2+b3=15,可得b2=5, 故b1=5-d,b3=5+d. 又a1=1,a2=3,a3=9, 由a1+b1,a2+b2,a3+b3成等比数列可得(5-d+1)(5+d+9)=(5+3)2, 解得d=2或d=-10. 因为等差数列{bn}的各项为正, 所以d>0. 所以d=2,b1=3,

所以Tn=3n+n(n-1)2×2=n2+2n.

数列的实际应用与数学文化(师生共研) 1979年,李政道博士给中国科技大学少年班出过一道智趣题:5只猴子分一堆桃子,怎么也不能分成5等份,只好先去睡觉,准备第二天再分,夜里1只猴子偷偷爬起来,先吃掉一个桃子,然后将其分成5等份,藏起自己的一份就去睡觉了;第2只猴子又爬起来,将剩余的桃子吃掉一个后,也将桃子分成5等份;藏起自己的一份睡觉去了;以后的3只猴子都先后照此办理,问:最初至少有多少个桃子?最后至少剩下多少个桃子? 【解】 假如我们设最初有a1个桃子,猴子每次分剩下的桃子依次为a2,a3,a4,a5,a6,得

到一个数列{an},依题意,可知数列的递推公式:an+1=an-15(an-1)-1,

即an+1=45(an-1), 整理变形,得an+1+4=45(an+4). 故{an+4}是以45为公比的等比数列, 所以a6+4=(a1+4)455, 欲使(a6+4)∈N*,应有a1+4=55m(m∈N*), 故最初至少有桃子a1=55-4=3 121个,从而最后至少剩下a6=45-4=1 020个.

数列实际应用中的常见模型 (1)等差模型:如果增加(或减少)的量是一个固定的数,则该模型是等差模型,这个固定的数就是公差. (2)等比模型:如果后一个量与前一个量的比是一个固定的数,则该模型是等比模型,这个固定的数就是公比. (3)递推数列模型:如果题目中给出的前后两项之间的关系不固定,随项的变化而变化,则应考虑考查的是第n项an与第n+1项an+1的递推关系还是前n项和Sn与前n+1项和Sn

+1之间的递推关系.

1.南北朝时期的数学古籍《张邱建算经》中有如下一道题:“今有十等人,每等一人,宫赐金以等次差(即等差)降之,上三人,得金四斤,持出:下四人后入得三斤,持出:中间三人未到者,亦依等次更给,问:每等人比下等人多得几斤?”( )

A.439 B.778 C.776 D.581 解析:选B.设得金最多的一等人得金数为首项为a1,公差为d的等差数列, 则a1+a2+a3=4,a10+a9+a8+a7=3,即3a1+3d=4,4a1+30d=3,

解得a1=3726,d=-778.因此每等人比下等人多得778斤. 2.某企业的资金每一年都比上一年分红后的资金增加一倍,并且每年年底固定给股东们分红500万元,该企业2010年年底分红后的资金为1 000万元. (1)求该企业2014年年底分红后的资金; (2)求该企业从哪一年开始年底分红后的资金超过32 500万元. 解:设an为(2010+n)年年底分红后的资金,其中n∈N*, 则a1=2×1 000-500=1 500, a2=2×1 500-500=2 500,…, an=2an-1-500(n≥2). 所以an-500=2(an-1-500)(n≥2), 因此数列{an-500}是以a1-500=1 000为首项,2为公比的等比数列, 所以an-500=1 000×2n-1, 所以an=1 000×2n-1+500. (1)因为a4=1 000×24-1+500=8 500, 所以该企业2014年年底分红后的资金为8 500万元. (2)由an>32 500,即2n-1>32,得n>6, 所以该企业从2017年开始年底分红后的资金超过32 500万元. 数列与函数、不等式的综合问题(师生共研) 设函数f(x)=12+1x,正项数列{an}满足a1=1,an=f1an-1,n∈N*,且n≥2. (1)求数列{an}的通项公式; (2)对n∈N*,求证:1a1a2+1a2a3+1a3a4+…+1anan+1<2.

【解】 (1)由an=f1an-1, 所以an=12+an-1,n∈N*,且n≥2, 所以数列{an}是以1为首项,以12为公差的等差数列, 所以an=a1+(n-1)d=1+12(n-1)=n+12. (2)证明:由(1)可知 1anan+1=4(n+1)(n+2)=41n+1-1n+2,

Sn=1a1a2+1a2a3+1a3a4+…+1anan+1 =4[12-13+13-14+14-15…+(1n+1-1n+2)] =412-1n+2 =2-4n+2<2,得证.

数列与其他知识交汇问题的常见类型及解题策略 (1)数列与函数的交汇问题 ①已知函数条件,解决数列问题,此类问题一般利用函数的性质、图象研究数列问题; ②已知数列条件,解决函数问题,解题时要注意数列与函数的内在联系,掌握递推数列的常见解法. (2)数列与不等式的交汇问题 ①函数方法:即构造函数,通过函数的单调性、极值等得出关于正实数的不等式,通过对关于正实数的不等式特殊赋值得出数列中的不等式; ②放缩方法:数列中不等式可以通过对中间过程或者最后的结果放缩得到; ③比较方法:作差或者作商比较. (2019·洛阳市第一次统考)已知各项均不相等的等差数列{an}的前四项和S4=14,且a1,a3,a7成等比数列. (1)求数列{an}的通项公式;

(2)设Tn为数列1anan+1的前n项和,若λTn≤an+1对一切n∈N*恒成立,求实数λ的最大值. 解:(1)设数列{an}的公差为d(d≠0),由已知得,

4a1+6d=14,(a1+2d)2=a1(a1+6d),

解得a1=2,d=1或a1=72,d=0(舍去), 所以an=n+1. (2)由(1)知1anan+1=1n+1-1n+2,

所以Tn=12-13+13-14+…+1n+1-1n+2 =12-1n+2=n2(n+2). 又λTn≤an+1恒成立, 所以λ≤2(n+2)2n=2n+4n+8, 而2n+4n+8≥16,当且仅当n=2时等号成立. 所以λ≤16,即实数λ的最大值为16.

[基础题组练] 1.已知数列{an}是等差数列,若a2+2,a4+4,a6+6构成等比数列,则数列{an}的公差d等于( ) A.1 B.-1 C.2 D.-2 解析:选B.因为a2+2,a4+4,a6+6构成等比数列,所以(a4+4)2=(a2+2)(a6+6),化简得d2+2d+1=0,所以d=-1. 2.设y=f(x)是一次函数,若f(0)=1,且f(1),f(4),f(13)成等比数列,则f(2)+f(4)+…+f(2n)等于( ) A.n(2n+3) B.n(n+4) C.2n(2n+3) D.2n(n+4) 解析:选A.由题意可设f(x)=kx+1(k≠0),则(4k+1)2=(k+1)×(13k+1),解得k=2,f(2)+f(4)+…+f(2n)=(2×2+1)+(2×4+1)+…+(2×2n+1)=n(2n+3). 3.(2019·河南郑州一中入学测试)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,若S5=5a4-10,则数列{an}的公差为________.

解析:依题意得S5=5(a1+a5)2=5a3=5a4-10,即有a4-a3=2,所以等差数列{an}的公差为2. 答案:2 4.某住宅小区计划植树不少于100棵,若第一天植2棵,以后每天植树的棵数是前一天的2倍,则需要的最少天数n(n∈N*)等于________. 解析:每天植树的棵数构成以2为首项,2为公比的等比数列,其前n项和Sn=a1(1-qn)1-q=2(1-2n)1-2=2n+1-2.由2n+1-2≥100,得2n+1≥102,由于26=64,27=128,则n

+1≥7,即n≥6. 答案:6 5.(2019·武汉市部分学校调研)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,等比数列{bn}的前n项和为Tn,a1=-1,b1=1,a2+b2=3. (1)若a3+b3=7,求{bn}的通项公式; (2)若T3=13,求Sn. 解:(1)设{an}的公差为d,{bn}的公比为q, 则an=-1+(n-1)d,bn=qn-1. 由a2+b2=3,得d+q=4,① 由a3+b3=7,得2d+q2=8,② 联立①②,解得q=2或q=0(舍去),因此{bn}的通项公式为bn=2n-1. (2)因为T3=b1(1+q+q2), 所以1+q+q2=13, 解得q=3或q=-4, 由a2+b2=3得d=4-q, 所以d=1或d=8.