函数与方程思想在数列中应用
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典例4 [2015·湖北高考]设等差数列{an}的公差为d,前n项和为Sn,等比数列{bn}的公比为q,已知b1=a1,b2=2,q=d,S10
=100.
(1)求数列{an},{bn}的通项公式;
(2)当d>1时,记cn=anbn,求数列{cn}的前n项和Tn.
[解] (1)由题意有, 10a1+45d=100,a1d=2, 即 2a1+9d=20,a1d=2, 解得{ a1=1,d=2或 a1=9,d=29.
故 an=2n-1,bn=2n-1或 an=192n+79,bn=9·29n-1. (2)由d>1,知an=2n-1,bn=2n-1,故cn=2n-12n-1,于是 Tn=1+32+522+723+924+„+2n-12n-1,① 12Tn=12+322+523+724+925+„+2n-12n.②
①-②可得 12Tn=2+12+122+„+12n-2-2n-12n=3-2n+32n,
故Tn=6-2n+32n-1.
数列问题函数(方程)化法 数列问题函数(方程)化法形式结构与函数(方程)类似,但要注意 数列问题中n的取值范围为正整数,涉及的函数具有离散性特点,其一般解题步骤是: 第一步:分析数列式子的结构特征. 第二步:根据结构特征构造“特征”函数(方程),转化问题形式. 第三步:研究函数性质.结合解决问题的需要研究函数(方程)的相关性质,主要涉及函数单调性与最值、值域问题的研究. 第四步:回归问题.结合对函数(方程)相关性质的研究,回归问题.
【针对训练4】 [2016·东城模拟]已知数列{an}是各项均为正数的等差数列. (1)若a1=2,且a2,a3,a4+1成等比数列,求数列{an}的通项公式an;
(2)在(1)的条件下,数列{an}的前n项和为Sn,设bn=1Sn+1+1Sn+2
+„+1S2n,若对任意的n∈N*,不等式bn≤k恒成立,求实数k的最小值. 解 (1)因为a1=2,a23=a2·(a4+1),又因为{an}是正项等差数列,故公差d≥0, 所以(2+2d)2=(2+d)(3+3d), 解得d=2或d=-1(舍去), 所以数列{an}的通项公式an=2n. (2)因为Sn=n(n+1),
bn=1Sn+1+1Sn+2+„+1S2n
=1n+1n+2+1n+2n+3+„+12n2n+1 =1n+1-1n+2+1n+2-1n+3+„+12n-12n+1 =1n+1-12n+1=n2n2+3n+1 =12n+1n+3,
令f(x)=2x+1x(x≥1), 则f′(x)=2-1x2,当x≥1时,f′(x)>0恒成立, 所以f(x)在[1,+∞)上是增函数, 故当x=1时,f(x)min=f(1)=3,
即当n=1时,(bn)max=16, 要使对任意的正整数n,不等式bn≤k恒成立,则须使k≥(bn)max
=16,
所以实数k的最小值为16.
数列 1.等差数列通项公式:an=a1+(n-1)d.
2.等差数列前n项和公式:Sn=na1+an2=na1+nn-1d2. 3.等比数列通项公式:an=a1·qn-1. 4.等比数列前n项和公式:
Sn= na1q=1,a11-qn1-q=a1-anq1-qq≠1. 5.等差中项公式:2an=an-1+an+1(n∈N*,n≥2). 6.等比中项公式:a2n=an-1an+1(n∈N*,n≥2). 7.数列{an}的前n项和与通项an之间的关系:an= S1,n=1,Sn-Sn-1,n≥2.
[重要结论] 1.通项公式的推广:等差数列中,an=am+(n-m)d;等比数列中,an=am·qn-m. 2.增减性:(1)等差数列中,若公差大于零,则数列为递增数列;若公差小于零,则数列为递减数列. (2)等比数列中,若a1>0且q>1或a1<0且0数列;若a1>0且01,则数列为递减数列. 3.等差数列{an}中,Sn为前n项和.Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,„仍成等差数列;等比数列{bn} 中,Tn为前n项和.Tn,T2n-Tn,T3n
-T2n,„一般仍成等比数列.
[失分警示] 1.忽视等比数列的条件: 判断一个数列是等比数列时,忽视各项都不为零的条件. 2.漏掉等比中项: 正数a,b的等比中项是±ab,容易漏掉-ab. 3.忽略对等比数列的公比的讨论: 应用等比数列前n项和公式时应首先讨论公式q是否等于1.
4.an-an-1=d或anan-1=q中注意n的范围限制. 5.易忽略公式an=Sn-Sn-1成立的条件是n≥2. 6.证明一个数列是等差或等比数列时,由数列的前n项和想当然得到数列的通项公式,易出错,必须用定义证明. 7.等差数列的单调性只取决于公差d的正负,而等比数列的单调性既要考虑公比q,又要考虑首项a1的正负.
考点 数列的概念、表示方法及递推公式 典例示法 题型1 利用递推关系求通项公式 典例1 (1)已知正项数列{an}满足a1=1,(n+2)a2n+1-(n+1)a2n
+anan+1=0,则它的通项公式为( )
A.an=1n+1 B.an=2n+1
C.an=n+12 D.an=n [解析] 由(n+2)a2n+1-(n+1)a2n+anan+1=0, 得[(n+2)an+1-(n+1)an](an+1+an)=0, 又an>0,所以(n+2)an+1=(n+1)an,
即an+1an=n+1n+2,an+1=n+1n+2an,
所以an=nn+1·n-1n·„·23a1=2n+1a1(n≥2), 所以an=2n+1(n=1适合), 于是所求通项公式为an=2n+1. [答案] B (2)[2015·江苏高考]设数列{an}满足a1=1,且an+1-an=n+1(n
∈N*),则数列1an前10项的和为______. [解析] 由a1=1,且an+1-an=n+1(n∈N*)得,an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+„+(an-an-1)=1+2+3+„+n=nn+12, 则1an=2nn+1=21n-1n+1,故数列1an前10项的和S10=2 1-12+12- 13+„+110-111=21-111=2011. [答案] 2011 题型2 利用an与Sn的关系求an 典例2 [2015·全国卷Ⅰ]Sn为数列{an}的前n项和,已知an>0,a2n+2an=4Sn+3. (1)求{an}的通项公式;
(2)设bn=1anan+1,求数列{bn}的前n项和. [解] (1)由a2n+2an=4Sn+3,可知a2n+1+2an+1=4Sn+1+3. 可得a2n+1-a2n+2(an+1-an)=4an+1,即 2(an+1+an)=a2n+1-a2n=(an+1+an)(an+1-an). 由于an>0,可得an+1-an=2. 又a21+2a1=4a1+3,解得a1=-1(舍去)或a1=3. 所以{an}是首项为3,公差为2的等差数列,通项公式为an=2n+1. (2)由an=2n+1可知
bn=1anan+1=12n+12n+3=1212n+1-12n+3. 设数列{bn}的前n项和为Tn,则 Tn=b1+b2+„+bn
=12 13-15+15-17+„ + 12n+1- 12n+3 =n32n+3.
求数列通项公式的常见类型及方法 (1)归纳猜想法:已知数列的前几项,求数列的通项公式,可采用归纳猜想法.
(2)已知Sn与an的关系,利用an= S1,n=1,Sn-Sn-1,n≥2,求an. (3)累加法:数列递推关系形如an+1=an+f(n),其中数列{f(n)}前n项和可求,这种类型的数列求通项公式时,常用累加法(叠加法). (4)累乘法:数列递推关系形如an+1=g(n)an,其中数列{g(n)}前n 项可求积,此数列求通项公式一般采用累乘法(叠乘法). (5)构造法:①递推关系形如an+1=pan+q(p,q为常数)可化为an
+1+qp-1=pan+qp-1(p≠1)的形式,利用an+qp-1是以p为公比的
等比数列求解; ②递推关系形如an+1=panan+p(p为非零常数)可化为1an+1-1an=1p的形式. 考点 等差、等比数列的运算 典例示法 题型1 等差、等比数列的基本运算
典例3 [2015·全国卷Ⅱ]已知等比数列{an}满足a1=14,a3a5=4(a4-1),则a2=( ) A.2 B.1
C.12 D.18
[解析] 设等比数列{an}的公比为q,a1=14,a3a5=4(a4-1),由题可知q≠1,则a1q2×a1q4=4(a1q3-1), ∴116×q6=414×q3-1, ∴q6-16q3+64=0,∴(q3-8)2=0,∴q3=8,∴q=2, ∴a2=12,故选C. [答案] C 题型2 等差、等比数列性质的运算 典例4 [2016·全国卷Ⅰ]设等比数列{an}满足a1+a3=10,a2
+a4=5,则a1a2„an的最大值为________.
[解析] 设{an}的公比为q,由a1+a3=10,a2+a4=5得a1=8,
q=12,则a2=4,a3=2,a4=1,a5=12,所以a1a2„an≤a1a2a3a4=64.