文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 高中数学典型例题解析第四章数列

高中数学典型例题解析第四章数列

高中数学典型例题解析第四章数列
高中数学典型例题解析第四章数列

第四章 数列
§4.1 等差数列的通项与求和 一、知识导学
1.数列:按一定次序排成的一列数叫做数列. 2.项:数列中的每一个数都叫做这个数列的项,各项依次叫做这个数列的第 1 项(或首项),第 2 项,…,第 n 项,…. 3.通项公式:一般地,如果数列{an}的第n项与序号n之间的关系可以用一个公式来表示,那么这个公式叫做这 个数列的通项公式. 4. 有穷数列:项数有限的数列叫做有穷数列. 5. 无穷数列:项数无限的数列叫做无穷数列 6.数列的递推公式:如果已知数列的第一项(或前几项)及相邻两项(或几项)间关系可以用一个公式来表示, 则这个公式就叫做这个数列的递推公式.递推公式是给出数列的一种重要方法,其关健是先求出 a1,a2,然后用递推关系 逐一写出数列中的项. 7.等差数列:一般地,如果一个数列从第二项起,每一项减去它的前一项所得的差都等于同一个常数,那么这个数 列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,公差通常用d表示.
ab
ab
8.等差中项:如果a,A,b这三个数成等差数列,那么A=
.我们把A=
叫做a和b的等差中项.
2
2
二、疑难知识导析 1.数列的概念应注意几点:(1)数列中的数是按一定的次序排列的,如果组成的数相同而排列次序不同,则就是
不同的数列;(2)同一数列中可以出现多个相同的数;(3)数列看做一个定义域为正整数集或其有限子集({1,2, 3,…,n})的函数.
2.一个数列的通项公式通常不是唯一的.
3.数列{an}的前 n 项的和 Sn 与 an 之间的关系:an SS1n Sn1
(n 1), (n 2). 若 a1 适合 an(n>2),则 an 不用分段形式
表示,切不可不求 a1 而直接求 an. 4.从函数的角度考查等差数列的通项公式:an= a1+(n-1)d=d·n+ a1-d, an 是关于 n 的一次式;从图像上看,表示
等差数列的各点(n, an )均匀排列在一条直线上,由两点确定一条直线的性质,不难得出,任两项可以确定一个等差
数列.
5、对等差数列的前 n
项之和公式的理解:等差数列的前
n 项之和公式可变形为 Sn
d 2
n2
(a1
d )n ,若令 2
A

d 2
,B=a1-
d 2
,则
Sn
=An2+Bn.
6、在解决等差数列问题时,如已知,a1,an,d, S n ,n 中任意三个,可求其余两个。
三、经典例题导讲 [例 1]已知数列 1,4,7,10,…,3n+7,其中后一项比前一项大 3.(1)指出这个数列的通项公式;(2)指出 1+4+… +(3n-5)是该数列的前几项之和. 错解:(1)an=3n+7; (2) 1+4+…+(3n-5)是该数列的前 n 项之和.
错因:误把最后一项(含 n 的代数式)看成了数列的通项.(1)若令 n=1,a1=10 1,显然 3n+7 不是它的通项.
正解:(1)an=3n-2; (2) 1+4+…+(3n-5)是该数列的前 n-1 项的和.
[例 2] 已知数列 an的前 n 项之和为① Sn 2n2 n ② Sn n 2 n 1
求数列 an的通项公式。

错解: ① an 2n2 n 2(n 1)2 (n 1) 4n 3
② an n2 n 1 (n 1)2 (n 1) 1 2n
错因:在对数列概念的理解上,仅注意了 an=Sn-Sn-1 与的关系,没注意 a1=S1.
正解:
①当 n 1时, a1 S1 1
当 n 2时, an 2n2 n 2(n 1)2 (n 1) 4n 3
经检验 n 1时 a1 1 也适合, an 4n 3
②当 n 1时, a1 S1 3
当 n 2时, an n2 n 1 (n 1)2 (n 1) 1 2n

an
3 2n
(n 1) (n 2)
[例 3] 已知等差数列 an 的前 n 项之和记为 Sn,S10=10 ,S30=70,则 S40 等于

错解:S30= S10·2d. d=30, S40= S30+d =100.
错因:将等差数列中 Sm, S2m -Sm, S3m -S2m 成等差数列误解为 Sm, S2m, S3m 成等差数列.
正解:由题意:
10 a1 30 a1
10 9 d 2
30 29 2
10 d 70

a1
2 5
,d
2 15
代入得 S40
= 40a1
40 39 40d 2
120 。
[例
4]等差数列
an

bn
的前
n
项和为
Sn、Tn.若
Sn Tn
7n 1 4n 27
(n
N
),

a7 b7

错解:因为等差数列的通项公式是关于 n 的一次函数,故由题意令 an=7n+1;bn=4n+27.
a7 7 7 1 10 b7 4 7 27 11
错因:误认为 S n a n Tn bn
正解: a7 a7 a7 S13 7 13 1 92 b7 b7 b7 T13 4 13 27 79
[例 5]已知一个等差数列 an的通项公式 an=25-5n,求数列| an |的前 n 项和;
错解:由 an 0 得 n 5
an前 5 项为非负,从第 6 项起为负,
Sn=a1+a2+a3+a4+a5=50(n 5)

当 n 6 时,Sn=|a6|+|a7|+|a8|+…+|an|= (20 5n)(n 5) 2
50
, n5
Sn=

(20
5n)(n
5)
2
,
n6
错因:一、把 n 5 理解为 n=5,二、把“前 n 项和”误认为“从 n 6 起”的和.
正解:
n(45 5n) 2
,
(20
5n)(n 2
5)
50
,
n5 n6
[例 6]已知一个等差数列的前 10 项的和是 310,前 20 项的和是 1220,
由此可以确定求其前 n 项和的公式吗?
解:理由如下:由题设: S10 310 S20 1220
得:
2100aa1114950dd

310 1220
ad1

4 6

Sn
4n n(n 1) 6 3n2 n 2
[例 7]已知: an 1024 lg 21n ( lg 2 0.3010 ) n N (1) 问前多少项之和为最
和的绝对值最小?
解:(1)
aann110120424(1nlgn2) lg
2 0
0
1024 lg 2
n 1024 lg 2
1 3401 n 3403
(2)
Sn
1024n n(n 1) ( lg 2) 0 2
大?(2)前多少项之
∴ n 3402
当 Sn 0或Sn 近于 0 时其和绝对值最小
令: Sn 0
即 1024+ n(n 1) ( lg 2) 0 2
得: n 2048 1 6804 .99 lg 2
∵ n N
∴ n 6805
[例 8]项数是 2n 的等差数列,中间两项为 an和an1 是方程 x 2 px q 0 的两根,求证此数列的和 S2n 是方程
lg 2 x (lg n2 lg p 2 ) lg x (lg n lg p)2 0 的根。 ( S2n 0 )
证明:依题意 an an1 p

∵ a1 a2n an an1 p
∴ S2n
2n(a1 2
a2n )
np
∵ lg 2 x (lg n2 lg p 2 ) lg x (lg n lg p)2 0
∴ (lg x lg np)2 0
∴ x np S2n
四、典型习题导练
1.已知 a1 3且an Sn1 2n ,求 an 及 S n 。
(获证)。
2.设 an
1 2
23
34
n(n 1)
,求证:
n(n 1) 2
an
(n
1)2 2

3.求和:
1
1 1
2
1
1 2
3
1
2
1 3
n
4.求和: (100 2 99 2 ) (98 2 97 2 ) (42 32 ) (22 12 )
5.已知 a, b, c 依次成等差数列,求证: a 2 bc,b2 ac, c2 ab 依次成等差数列.
6.在等差数列 an 中, a5 a13 40 ,则 a8 a9 a10 (
)。
A.72 B.60 C.48 D.36
7. 已知 an 是等差数列,且满足 am n, an m(m n) ,则 amn 等于________。
8.已知数列

a
n
1
2

成等差数列,且
a3
11 6
,
a5
13 7
,求
a
8
的值。
§4.2 等比数列的通项与求和 一、知识导学
1. 等比数列: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都等于 同 一 个 常 数,那 么 这 个 数 列 就 叫 做 等 比 数 列,这个常数叫做等比数列的公比,公比通常用字母q表示.
2. 等比中项:若a,G,b成等比数列,则称G 为a 和b 的等比中项.
n a1
3.等比数列的前 n
项和公式: Sn

a1
(1
q
n
)
1 q
a1an q 1 q
(q 1) (q 1)
二、疑难知识导析
1.由于等比数列的每一项都可能作分母,故每一项均不为 0,因此 q 也不为 0.
2.对于公比 q,要注意它是每一项与它前一项的比,防止把相邻两项的比的次序颠倒. 3.“从第 2 项起”是因为首项没有“前一项”,同时应注意如果一个数列不是从第 2 项起,而是从第 3 项或第 4
项起每一项与它前一项的比都是同一个常数,此数列不是等比数列,这时可以说此数列从. 第 2 项或第 3 项起是一个 等比数列.
4.在已知等比数列的 a1 和 q 的前提下,利用通项公式 an=a1qn-1,可求出等比数列中的任一项. 5.在已知等比数列中任意两项的前提下,使用 an=amqn-m 可求等比数列中任意一项.

6.等比数列{an}的通项公式 an=a1qn-1 可改写为 an
a1 q
q n .当 q>0,且 q
1 时,y=qx 是一个指数函数,而 y
a1 q
qx
是一个不为 0 的常数与指数函数的积,因此等比数列{an}的图象是函数 y a1 q x 的图象上的一群孤立的点. q
7.在解决等比数列问题时,如已知,a1,an,d, S n ,n 中任意三个,可求其余两个。
三、经典例题导讲
[例 1] 已知数列 an的前 n 项之和 Sn=aqn( a 0, q 1, q 为非零常数),则an为( )。
A.等差数列 B.等比数列 C.既不是等差数列,也不是等比数列 D.既是等差数列,又是等比数列
错解: an1 Sn1 Sn aqn1 aqn aqn (q 1)
an Sn Sn1 aqn1 (q 1)
an1 q (常数) an
an为等比数列,即 B。
错因:忽略了 an Sn Sn1 中隐含条件 n>1.
正解:当 n=1 时,a1=S1=aq;
当 n>1 时, an Sn Sn1 aqn1 (q 1)
an1 q (常数) an
但 a2 q 1 q a1
an既不是等差数列,也不是等比数列,选 C。
[例 2] 已知等比数列 an 的前 n 项和记为 Sn,S10=10 ,S30=70,则 S40 等于.
错解:S30= S10·q 2. q 2=7,q= 7 , S40= S30·q = 70 7 .
错因:是将等比数列中 Sm, S2m -Sm, S3m -S2m 成等比数列误解为 Sm, S2m, S3m 成等比数列.
正解:由题意:

a1 a1
(1 1 (1
q10 q q 30
) )
1 q
10

a1 1 q
10
70 q10 2或q10

3(舍去)
S40= a1 (1 q 40) 200 . 1 q

[例 3] 求和:a+a2+a3+…+an.
错解: a+a2+a3+…+an= 1 a n . 1 a
错因:是(1)数列{an}不一定是等比数列,不能直接套用等比数列前 n 项和公式(2)用等比数列前 n 项和公式应讨 论 q 是否等于 1. 正解:当 a=0 时,a+a2+a3+…+an=0;
当 a=1 时,a+a2+a3+…+an=n;
当 a 1 时, a+a2+a3+…+an= 1 a n . 1 a
[例 4]设 a,b, c, d 均为非零实数, a 2 b2 d 2 2ba cd b2 c2 0 ,
求证: a,b, c 成等比数列且公比为 d 。
证明:
证法一:关于 d 的二次方程 a 2 b2 d 2 2ba cd b2 c2 0 有实根,
∴ 4b2 a c2 4 a 2 b2 (b2 c2 ) 0 ,∴ b2 ac 2 0
则必有: b2 ac 0 ,即 b2 ac ,∴非零实数 a,b, c 成等比数列
设公比为 q ,则 b aq , c aq2 代入
a2 a 2q2 d 2 2aq a aq2 d a2q 2 a2q 4 0 ∵ q 2 1 a 2 0 ,即 d 2 2qd q 2 0 ,即 d q 0 。 证法二:∵ a 2 b2 d 2 2ba cd b2 c2 0 ∴ a2d 2 2abd b2 b2d 2 2bcd c2 0
∴ ad b2 bd c2 0 ,∴ ad b ,且 bd c
∵ a,b, c, d 非零,∴ b c d 。 ab
[例 5]在等比数列 bn 中, b4 3 ,求该数列前 7 项之积。
解: b1b2b3b4b5b6b7 b1b7 b2b6 b3b5 b4
∵ b42 b1b7 b2b6 b3b5 ,∴前七项之积 32 3 3 37 2187
[例
6]求数列{n
1 2n
}

n
项和
解: Sn
1
1 2
2 1 4
3 1 8
n
1 2n

1 2 Sn
1 1 2 1 3 1 (n 1) 1 n 1 ②
4 8 16
2n
2 n1

11
两式相减:
1 2
S
n
1 2
1 4
1 8

1 2n
n
1 2 n 1
(1 ) 2 2n
1 1
n 2 n 1
2
Sn
2(1
1 2n
n) 2 n1
2
1 2 n1
n 2n
[例 7]从盛有质量分数为 20%的盐水 2kg 的容器中倒出 1kg 盐水,然后加入 1kg 水,以后每次都倒出 1kg 盐水,然后再
加入 1kg 水,
问:(1)第 5 次倒出的的 1kg 盐水中含盐多 kg?
(2)经 6 次倒出后,一共倒出多少 kg 盐?此时加 1kg 水后容器内盐水的盐的质量分数为多少?
解:(1)每次倒出的盐的质量所成的数列为{an},则:
a1= 0.2 (kg), a2= 1 ×0.2(kg), 2
a3= ( 1 )2×0.2(kg) 2
由此可见:an= ( 1 )n1×0.2(kg), a5= ( 1 )51×0.2= ( 1 )4×0.2=0.0125(kg)。
2
2
2
(2)由(1)得{an}是等比数列 a1=0.2 , q= 1 2
S6
a1 (1 q 6 ) 1 q
0.2(1 1 ) 26
1 1
0.39375(k g)
2
0.4 0.39375 0.00625(kg)
0.00625 2 0.003125(kg)
答:第 5 次倒出的的 1kg 盐水中含盐 0.0125kg;6 次倒出后,一共倒出 0.39375kg 盐,此时加 1kg 水后容器内 盐水的盐的质量分数为 0.003125。
四、典型习题导练 1.求下列各等比数列的通项公式:
1) a1=2, a3=8 2) a1=5, 且 2an+1=3an
3) a1=5, 且 an1 n an n 1
2.在等比数列 an ,已知 a1 5 , a9a10 100 ,求 a18 .
012
n1
3.已知无穷数列10 5 ,10 5 ,10 5 ,10 5 ,,
求证:(1)这个数列成等比数列
(2)这个数列中的任一项是它后面第五项的 1 , 10
(3)这个数列的任意两项的积仍在这个数列中。
4.设数列an 为1,2x,3x2 ,4x3 nxn1 x 0 求此数列前 n 项的和。
5.已知数列{an}中,a1=2 且 an+1=Sn,求 an ,Sn 6.是否存在数列{an},其前项和 Sn 组成的数列{Sn}也是等比数列,且公比相同?
7.在等比数列an 中, a1a3 36, a2 a4 60, Sn 400 ,求 n 的范围。
一、知识导学
§4.3 数列的综合应用

1. 数学应用问题的教学已成为中学数学教学与研究的一个重要内容.解答数学应用问题的核心是建立数学模型, 有关平均增长率、利率(复利)以及等值增减等实际问题,需利用数列知识建立数学模型.
2. 应用题成为热点题型,且有着继续加热的趋势,因为数列在实际生活中应用比较广泛,所以数列应用题占有很 重要的位置,解答数列应用题的基本步骤:(1)阅读理解材料,且对材料作适当处理;(2)建立变量关系,将实际 问题转化为数列模型;(3)讨论变量性质,挖掘题目的条件,分清该数列是等差数列还是等比数列,是求 Sn 还是求 an.一般情况下,增或减的量是具体体量时,应用等差数列公式;增或减的量是百分数时,应用等比数列公式.若是等 差数列,则增或减的量就是公差;若是等比数列,则增或减的百分数,加 1 就是公比 q. 二、疑难知识导析
1.首项为正(或负)的递减(或递增)的等差数列前 n 项和的最大(或最小)问题,转化为解不等式
an an
1
0
0
或aann
1
0
0
解决;
2.熟记等差、等比数列的定义,通项公式,前 n 项和公式,在用等比数列前 n 项和公式时,勿忘分类讨论思想;
3.等差数列中,
am=an+
(n-m)d,
d am an ;
mn
等比数列中,an=amqn-m;
q nm
an am
4.当 m+n=p+q(m、n、p、q∈ N )时,对等差数列{an}有:am+an=ap+aq;对等比数列{an}有:aman=apaq;
5.若{an}、{bn}是等差数列,则{kan+bbn}(k、b 是非零常数)是等差数列;若{an}、{bn}是等比数列,则{kan}、 {anbn}等也是等比数列; 6.等差(或等比)数列的“间隔相等的连续等长片断和序列”(如 a1+a2+a3,a4+a5+a6,a7+a8+a9…)仍是等差(或等 比)数列;
7.对等差数列{an},当项数为 2n 时,S 偶-S 奇=nd;项数为 2n-1 时,S 奇-S 偶=a 中(n∈ N );
8.若一阶线性递推数列
an=kan-1+b(k≠0,k≠1),则总可以将其改写变形成如下形式: an
k
b 1
k (an1
k
b) 1
(n≥
2),于是可依据等比数列的定义求出其通项公式;
三、经典例题导讲
log 1 Sn log 1 Sn2
[例 1]设 an是由正数组成的等比数列,Sn 是其前 n 项和.证明: 2
2
2
>log 1 Sn1 。
2
log 1 Sn log 1 Sn2
错解:欲证 2
2
2
>log 1 Sn1
2
只需证 log 1 Sn log 1 Sn2 >2 log 1 Sn1
2
2
2
即证: log 1
(Sn
Sn2 ) > log 1
S2 n1
2
2
由对数函数的单调性,只需证 (Sn
Sn2 )

S
2 n 1
Sn
Sn2

S
2 n 1

a12
(1 qn )(1 (1 q)2
qn2 )
a12 (1 (1
q n1 )2 q)2
=- a12 q n 0
Sn
Sn2

S
2 n 1
原不等式成立.
错因:在利用等比数列前 n 项和公式时,忽视了 q=1 的情况.

log 1 Sn log 1 Sn2
正解:欲证 2
2
2
>log 1 Sn1
2
只需证 log 1 Sn log 1 Sn2 >2 log 1 Sn1
2
2
2
即证: log 1
(Sn
Sn2 ) > log 1
S2 n1
2
2
由对数函数的单调性,只需证 (Sn
Sn2 )

S
2 n 1
由已知数列 an是由正数组成的等比数列,
q >0, a1 0 . 若q 1,

Sn
Sn2

S
2 n 1

na1 (n
2)a1
[(n
1)a1 ]2
=- a12 <0;
若q 1,
Sn
Sn2

S
2 n 1

a12
(1 qn )(1 (1 q)2
qn2 )
a12 (1 (1
q n1 )2 q)2
=- a12 q n 0
Sn
Sn2

S
2 n 1
原不等式成立.
[例 2] 一个球从 100 米高处自由落下,每次着地后又跳回至原高度的一半落下,当它第 10 次着地时,共经过了多
少米?(精确到 1 米)
错解:因球 每次着地后又跳回至原高度的一半,从而每次着地之间经过的路程形成了一公比为 1 的等比数 2
列,又第一次着地时经过了 100 米,故当它第 10 次着地时,共经过的路程应为前 10 项之和.
100[1 (1)10 ]
即 S10
2 1 1
=199(米)
2
错因:忽视了球落地一次的路程有往有返的情况.
正解:球第一次着地时经过了 100 米,从这时到球第二次着地时,一上一下共经过了 2 100 =100(米)… 2
因此到球第 10 次着地时共经过的路程为
100 100 100 100 100 100
2 22 23
28
100[1 (1)9 ]
=100
2 300(米)
1 1
2
答:共经过 300 米。
[例 3] 一对夫妇为了给他们的独生孩子支付将来上大学的费用,从孩子一出生就在每年生日,到银行储蓄 a 元一
年定期,若年利率为 r 保持不变,且每年到期时存款(含利息)自动转为新的一年定期,当孩子 18 岁上大学时,将所
有存款(含利息)全部取回,则取回的钱的总数为多少?

错解:年利率不变,每年到期时的钱数形成一等比数列,那 18 年时取出的钱数应为以 a 为首项,公比为 1+r 的等比
数列的第 19 项,即 a19=a(1+r)18. 错因:只考虑了孩子出生时存入的 a 元到 18 年时的本息,而题目要求是每年都要存入 a 元. 正解:不妨从每年存入的 a 元到 18 年时产生的本息 入手考虑,出生时的 a 元到 18 年时变为 a(1+r)18,
1 岁生日时的 a 元到 18 岁时成为 a(1+r)17, 2 岁生日时的 a 元到 18 岁时成为 a(1+r)16, …… 17 岁生日时的 a 元到 18 岁时成为 a(1+r)1,
a(1+r)18+ a(1+r)17+ …+ a(1+r)1
= a(1 r)[1 (1 r)18 ] 1 (1 r)
= a [(1 r)19 (1 r)] r
答:取出的钱的总数为 a [(1 r)19 (1 r)]。 r
[例 4]求数列1 1 , 1 4 , 1 7 , 1 10 , , 1 (3n 2) , 的前 n 项和。
a
a2
a3
a n1
解:设数列的通项为 an,前 n 项和为 Sn,则
an
1 a n1
(3n 2)
Sn
(1
1 a
1 a2

1 a n1
)
[1
4
7
(3n
2)]
当a
1 时, Sn
n
(1 3n 2)n 2
3n2 n 2
当 a 1时, Sn
1 1 an
1 1
(1 3n 2)n 2
an 1 a n a n1
(3n 1)n 2
a
[例 5]求数列 6 , 6 , 6 ,, 6 , 前 n 项和
1 2 23 3 4
n(n 1)
解:设数列的通项为 bn,则 bn
n(n 1)
6( 1 n
1) n 1
Sn
b1
b2
bn
6[(1
1) (1 22
1) (1
3
n
1 )] n 1
6(1 1 ) 6n n1 n1
[例 6]设等差数列{an}的前 n 项和为 Sn,且 Sn
(
an 2
1 )
2
(n
N
),
求数列{an}的前 n 项和
解:取 n
=1,则 a1
( a1 1)2 2
a1
1
又由
Sn
n(a1 2
an )
可得:
n(a1
an
)
( an
1 )
2
2
2

an 1 (n N * ) an 2n 1
Sn 1 3 5 (2n 1) n2
[例 7]大楼共 n 层,现每层指定一人,共 n 人集中到设在第 k 层的临时会议室开会,问 k 如何确定能使 n 位参加 人员上、下楼梯所走的路程总和最短。(假定相邻两层楼梯长相等) 解:设相邻两层楼梯长为 a,则
S a(1 2 k 1) 0 [1 2 (n k)]
a[k 2 (n 1)k n2 n] 2
当 n 为奇数时,取 k n 1 S 达到最小值 2
当 n 为偶数时,取 k n 或 n 2 S 达到最大值 22
四、典型习题导练 1.在[1000,2000]内能被 3 整除且被 4 除余 1 的整数有多少个? 2.某城市 1991 年底人口为 500 万,人均住房面积为 6 m2,如果该城市每年人口平均增长率为 1%,每年平均新增住房 面积为 30 万 m2,求 2000 年底该城市人均住房面积为多少 m2?(精确到 0.01)
3.已知数列 an 中, S n 是它的前 n 项和,并且 Sn1 4an 2 , a1 1
(1) 设 bn an1 2an ,求证数列 bn 是等比数列;
(2)
设 cn
an 2n
,求证数列cn 是等差数列。
4.在△ABC 中,三边 a, b, c 成等差数列, a , b, c 也成等差数列,求证△ABC 为正三角形。 5. 三数成等比数列,
若将第三个数减去 32,则成等差数列,若再将这等差数列的第二个数减去 4,则又成等比数列,求原来三个数。
6. 已知
是一次函数,其图象过点
,又
成等差数列,求 f (1) f (2) f (n) 的值.

相关文档