第三节 等比数列及其前n项和

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第三节 等比数列及其前n项和 高考概览:1.理解等比数列的概念,掌握等比数列的通项公式及前n项和公式;2.能在具体的问题情境中识别数列的等比关系,并能用有关知识解决相应的问题;3.了解等比数列与指数函数的关系.

[知识梳理] 1.等比数列的有关概念 (1)等比数列的有关概念 一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的比等于同一常数,那么这个数列叫做等比数列.这个常数叫做等比数列的

公比,通常用字母q(q≠0)表示.即an+1an=q(q≠0). (2)等比中项 如果三个数a,G,b成等比数列,则G叫做a和b的等比中项,

那么Ga=bG,即G2=ab. 2.等比数列的有关公式 (1)等比数列的通项公式 设等比数列{an}的首项为a1,公比为q,q≠0,则它的通项公式an=a1·qn-1. (2)等比数列的前n项和公式 等比数列{an}的公比为q(q≠0),其前n项和为Sn,当q=1时,

Sn=na1;当q≠1时,Sn=a11-qn1-q=a1-anq1-q. 3.等比数列的性质 (1)通项公式的推广:an=am·qn-m(q≠0,n,m∈N*). (2)若{an}为等比数列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak·al

=am·an. (3)若{an},{bn}(项数相同)是等比数列,则{λan}(λ≠0),1an,{a2n},{an·an},anbn仍是等比数列. (4)q≠-1的等比数列{an}的前n项和为Sn,则Sn,S2n-Sn,S3n

-S2n仍成等比数列,其公比为qn.

当q=-1且n为偶数时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n不是等比数列. [辨识巧记] 1.两种必会方法

(1)定义法:若an+1an=q(q为非零常数,n∈N*)或anan-1=q(q为非零常数,n≥2,n∈N*),则{an}为等比数列. (2)等比中项法:若a2n=an-1an+1(n≥2,n∈N*),则数列{an}为等比数列. 2.两个注意问题 (1)在等比数列{an}中,an≠0. (2)在等比数列求和时,要注意q=1和q≠1的讨论. [双基自测] 1.判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)等比数列公比q是一个常数,它可以是任意实数.( ) (2)三个数a,b,c成等比数列的充要条件是b2=ac.( ) (3)数列{an}的通项公式是an=an,则其前n项和为Sn=a1-an1-a.( )

(4)数列{an}为等比数列,则S4,S8-S4,S12-S8成等比数列.( ) [答案] (1)× (2)× (3)× (4)× 2.已知等比数列{an}中,a4=4,则a2·a6等于( ) A.4 B.8 C.16 D.32 [解析] 易知a2·a6=a24=16.故选C. [答案] C 3.已知数列{an}是等比数列,且a1=18,a4=-1,则{an}的公比q为( ) A.2 B.-12 C.-2 D.12

[解析] 由a4a1=q3=-8得q=-2,故选C. [答案] C 4.(必修5P68B组T1(1)改编)等比数列{an}各项均为正数,且a5a6

+a4a7=18,则log3a1+log3a2+…+log3a10=( )

A.12 B.10 C.8 D.2+log35 [解析] ∵数列{an}为等比数列, ∴a5a6+a4a7=2a1a10=18,a1a10=9, ∴log3a1+log3a2+…+log3a10 =log3(a1a2…a10)=log3(a1a10)5 =5log39=10.故选B. [答案] B

5.(必修5P62B组T2改编)设等比数列{an}的前n项和为Sn,若S6

S3

=12,则S9S3=________. [解析] ∵数列{an}为等比数列, ∴S3,S6-S3,S9-S6成等比数列, ∴(S6-S3)2=S3(S9-S6)

∵S6=12S3,

∴14S23=S3(S9-12S3), 得S9=34S3,即S9S3=34. [答案] 34 考点一 等比数列的基本运算 【例1】 (2018·全国卷Ⅲ)等比数列{an}中,a1=1,a5=4a3. (1)求{an}的通项公式; (2)记Sn为{an}的前n项和,若Sm=63,求m. [解] (1)设{an}的公比为q,由题设得an=qn-1. 由已知得q4=4q2,解得q=0(舍去),q=-2或q=2. 故an=(-2)n-1或an=2n-1.

(2)若an=(-2)n-1,则Sn=1--2n3. 由Sm=63得(-2)m=-188,此方程没有正整数解. 若an=2n-1,则Sn=2n-1. 由Sm=63得2m=64,解得m=6. 综上,m=6.

等比数列基本运算的解题技巧 (1)求等比数列的基本量问题,一般是“知三求二”问题,其核心思想是解方程(组),一般步骤是:①由已知条件列出首项和公比的方程(组);②求出首项和公比;③求出项数或前n项和等其余量. (2)运用整体思想,达到设而不求的目的;运用等比定理,即q

=a2a1=a3a2=…=anan-1=a2+a3+…+ana1+a2+…+an-1达到化简目的;运用分类讨论思想,讨论q=1和q≠1等问题. [对点训练] 1.在各项均为正数的等比数列{an}中,若a2=1,a8=a6+2a4,则a6的值是( ) A.22 B.4 C.42 D.8 [解析] 解法一:设等比数列{an}的公比为q(q>0),由a2=1,a8 =a6+2a4,得 a1q=1,a1q7=a1q5+2a1q3, 即 a1q=1,a1q3q4-q2-2=0,解得 a1q=1,q2=2负值舍去, 则a6=a1q5=a1q·q4=4.故选B. 解法二:设等比数列{an}的公比为q(q>0), 因为a2=1,a8=a6+2a4,所以a2q6=a2q4+2a2q2. 又an>0,所以q4-q2-2=0,解得q2=2(负值舍去),故a6=a2q4=1×22=4.故选B. [答案] B 2.设{an}是由正数组成的等比数列,Sn为其前n项和.已知a2a4

=1,S3=7,则S5等于( )

A.152 B.314 C.334 D.172 [解析] 设数列{an}的公比为q,且q>0,

由题意得, a1q·a1q3=1,a11-q31-q=7, 解得a1=4,q=12. ∴S5=a11-q51-q=4×1-1251-12=314.故选B. [答案] B 考点二 等比数列的性质 等比数列的性质是高考中的常考内容,多以选择题或填空题的形式出现,难度适中,属中档题. 常见的命题角度有: (1)等比数列项的性质; (2)等比数列前n项和的性质. 角度1:等比数列项的性质 【例2-1】 (1)若等比数列{an}的各项均为正数,且a10a11+a9a12

=2e5,则lna1+lna2+…+lna20等于( )

A.50 B.25 C.75 D.100 (2)数列{an}中,已知对任意n∈N*,a1+a2+a3+…+an=3n-1,则a21+a22+a23+…+a2n等于( )

A.(3n-1)2 B.12(9n-1)

C.9n-1 D.14(3n-1) [解析] (1)∵{an}为等比数列,且a10a11+a9a12=2e5, ∴a10a11+a9a12=2a10a11=2e5,∴a10a11=e5, ∴lna1+lna2+…+lna20=ln(a1a2…a20)=ln(a10a11)10 =ln(e5)10=ln e50=50.故选A. (2)∵a1+a2+…+an=3n-1,n∈N*,n≥2时,a1+a2+…+an-

1=3n-1-1,

∴当n≥2时,an=3n-3n-1=2·3n-1, 又n=1时,a1=2适合上式,∴an=2·3n-1, 故数列{a2n}是首项为4,公比为9的等比数列.

因此a21+a22+…+a2n=41-9n1-9=12(9n-1).故选B. [答案] (1)A (2)B 角度2:等比数列前n项和的性质 【例2-2】 (1)(2019·云南省高三11校跨区调研考试)已知数列{an}是等比数列,Sn为其前n项和,若a1+a2+a3=4,a4+a5+a6=8,则S12=( ) A.40 B.60 C.32 D.50

(2)(2019·山西四校联考)若等比数列{an}的前n项和为Sn,且S4S2= 5,则S8S4=________. [思路引导] 等比数列{an}→Sm,S2m-Sm,S3m-S2m成等比数列 [解析] (1)由等比数列的性质可知,数列S3,S6-S3,S9-S6,S12-S9是等比数列,即数列4,8,S9-S6,S12-S9是等比数列,因此S12=4+8+16+32=60,故选B. (2)由等比数列的性质可知,S2,S4-S2,S6-S4,S8-S6成等比数列, 若设S2=a,则S4=5a, 由(S4-S2)2=S2·(S6-S4)得S6=21a,同理得S8=85a,

所以S8S4=85a5a=17. [答案] (1)B (2)17

利用等比数列性质解题应注意的2点 (1)在解决等比数列的有关问题时,要注意挖掘隐含条件,利用性质,特别是性质“若m+n=p+q,则am·an=ap·aq”,可以减少运算量,提高解题速度. (2)在应用相应性质解题时,要注意性质成立的前提条件,有时需要进行适当变形.此外,解题时注意设而不求思想的运用. [对点训练] 1.(2018·山东菏泽一模)在等比数列{an}中,a2,a16是方程x2+

6x+2=0的根,则a2a16a9的值为( ) A.2 B.-2 C.2 D.-2或2 [解析] 设等比数列{an}的公比为q,由a2,a16是方程x2+6x+2

=0的根,可得a2a16=2,即a21q16=2,即a29=2,则a2a16a9=a9=±2.故选D. [答案] D