2021届课标版高考文科数学一轮复习学案：数列第2节等差数列及其前n项和

2021届课标版高考文科数学一轮复习学案：数列第2节等差数列及其前n项和

第二节　等差数列及其前n项和 ‎[最新考纲]　1.理解等差数列的概念.2.掌握等差数列的通项公式与前n项和公式.3.能在具体的问题情境中识别数列的等差关系，并能用等差数列的有关知识解决相应的问题.4.了解等差数列与一次函数的关系．‎ ‎1．等差数列的有关概念 ‎(1)定义：如果一个数列从第2项起，每一项与它的前一项的差都等于同一个常数，那么这个数列就叫做等差数列．用符号表示为an＋1－an＝d(n∈N*，d为常数)．‎ ‎(2)等差中项：数列a，A，b成等差数列的充要条件是A＝，其中A叫做a，b的等差中项．‎ ‎2．等差数列的通项公式与前n项和公式 ‎(1)通项公式：an＝a1＋(n－1)d.‎ ‎(2)前n项和公式：Sn＝na1＋＝.‎ ‎3．等差数列的通项公式及前n项和公式与函数的关系 ‎(1)an＝a1＋(n－1)d可化为an＝dn＋a1－d的形式．当d≠0时，an是关于n的一次函数；当d＞0时，数列为递增数列；当d＜0时，数列为递减数列．数列{an}是等差数列⇔an＝pn＋q(p，q为常数)．‎ ‎(2)Sn＝na1＋d＝n2＋n，‎ 当d≠0时，Sn是关于n的二次函数(缺少常数项)，‎ 数列{an}是等差数列⇔Sn＝An2＋Bn(A，B为常数)．‎ ‎4．等差数列的常用性质 ‎(1)通项公式的推广：an＝am＋(n－m)d(n，m∈N*)．‎ ‎(2)已知{an}是等差数列，若k＋l＝m＋n，则ak＋al＝am＋an；若2k＝p＋q，则ap＋aq＝2ak，其中k，l，m，n，p，q∈N*.‎ ‎(3)若{an}是等差数列，公差为d，则{a2n}和{a2n＋1}也是等差数列，公差为2d.‎ ‎(4)若{an}，{bn}是等差数列，则{pan＋qbn}也是等差数列．‎ ‎(5)若{an}是等差数列，公差为d，则ak，ak＋m，ak＋2m，…(k，m∈N*)是公差为md的等差数列．‎ ‎(6)数列Sm，S2m－Sm，S3m－S2m，…也是等差数列．‎ ‎1．等差数列前n项和的最值 在等差数列{an}中，若a1＞0，d＜0，则Sn有最大值，即所有正项之和最大，若a1＜0，d＞0，则Sn有最小值，即所有负项之和最小．‎ ‎2．两个等差数列{an}，{bn}的前n项和分别为Sn，Tn，则有＝.‎ ‎3．等差数列{an}的前n项和为Sn，则数列也是等差数列．‎ 一、思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)若一个数列从第二项起每一项与它的前一项的差都是常数，则这个数列是等差数列． (　　)‎ ‎(2)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的． (　　)‎ ‎(3)已知等差数列{an}的通项公式为an＝3－2n，则它的公差为－2. (　　)‎ ‎(4)等差数列的前n项和公式是常数项为0的二次函数． (　　)‎ ‎[答案](1)×　(2)√　(3)√　(4)×‎ 二、教材改编 ‎1．等差数列11,8,5，…中，－49是它的(　　)‎ A．第19项　　　　 B．第20项 C．第21项 D．第22项 C　[由题意知an＝11＋(n－1)×(－3)＝－3n＋14，令－3n＋14＝－49得n＝21，故选C.]‎ ‎2．在等差数列{an}中a1＝14.5，d＝0.7，an＝32，则Sn＝(　　)‎ A．600 B．603.5‎ C．604.5 D．602.5‎ C　[由an＝a1＋(n－1)d得32＝14.5＋0.7(n－1)，‎ 解得n＝26，所以S26＝＝13(14.5＋32)＝604.5.]‎ ‎3．小于20的所有正奇数的和为________．‎ ‎100　[小于20的正奇数组成首项为1，末项为19的等差数列，共有10项，因此它们的和S10＝＝100.]‎ ‎4．在等差数列{an}中，若a3＋a4＋a5＋a6＋a7＝450，则a2＋a8＝________.‎ ‎180　[由a3＋a4＋a5＋a6＋a7＝5a5＝450得 a5＝90.‎ 所以a2＋a8＝2a5＝180.]‎ ‎⊙考点1　等差数列的基本运算 ‎ (1)等差数列运算问题的一般求法是设出首项a1和公差d，然后由通项公式或前n项和公式转化为方程(组)求解．‎ ‎(2)等差数列的通项公式及前n项和公式，共涉及五个量a1，an，d，n，Sn，知其中三个就能求另外两个，体现了用方程的思想解决问题．‎ ‎ (1)(2019·全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和．已知S4＝0，a5＝5，则(　　)‎ A．an＝2n－5　　　 B．an＝3n－10‎ C．Sn＝2n2－8n D．Sn＝n2－2n ‎(2)(2019·全国卷Ⅲ)记Sn为等差数列{an}的前n项和，若a1≠0，a2＝3a1，则＝________.‎ ‎(1)A　(2)4　[(1)设数列{an}的公差为d，由题意得 解得 所以an＝－3＋2(n－1)＝2n－5，‎ Sn＝n×(－3)＋×2＝n2－4n，故选A.‎ ‎(2)由a1≠0，a2＝3a1，可得d＝2a1.‎ 所以S5＝5a1＋d＝25a1，‎ S10＝10a1＋d＝100a1，‎ 所以＝4.]‎ ‎(3)(2019·全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和．已知S9＝－a5.‎ ‎①若a3＝4，求{an}的通项公式；‎ ‎②若a1＞0，求使得Sn≥an的n的取值范围．‎ ‎[解]　①设{an}的公差为d.‎ 由S9＝－a5得a1＋4d＝0.‎ 由a3＝4得a1＋2d＝4.‎ 于是a1＝8，d＝－2.‎ 因此{an}的通项公式为an＝10－2n.‎ ‎②由①得a1＝－4d，故an＝(n－5)d，Sn＝.‎ 由a1＞0知d＜0，故Sn≥an等价于n2－11n＋10≤0，解得1≤n≤10.‎ 所以n的取值范围是{n|1≤n≤10，n∈N*}．‎ ‎　a1和d是等差数列的两个基本量，求出a1和d进而解决问题，是常用的方法之一．‎ ‎　1.(2018·全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和．若3S3＝S2＋S4，a1＝2，则a5‎ ‎＝(　　)‎ A．－12　　　B．－10 C．10　　　D．12‎ B　[法一：设等差数列{an}的公差为d，∵3S3＝S2＋S4，∴3＝2a1＋d＋4a1＋d，解得d＝－a1，∵a1＝2，∴d＝－3，‎ ‎∴a5＝a1＋4d＝2＋4×(－3)＝－10.故选B.‎ 法二：设等差数列{an}的公差为d，∵3S3＝S2＋S4，∴3S3＝S3－a3＋S3＋a4，∴S3＝a4－a3，∴3a1＋d＝d.……∵a1＝2，∴d＝－3，∴a5＝a1＋4d＝2＋4×(－3)＝－10.故选B.]‎ ‎2．已知等差数列{an}的前n项和为Sn，若a2＝4，S4＝22，an＝28，则n＝(　　)‎ A．3　　　　B．7 C．9　　　　D．10‎ D　[因为S4＝a1＋a2＋a3＋a4＝4a2＋2d＝22，d＝＝3，a1＝a2－d＝4－3＝1，an＝a1＋(n－1)d＝1＋3(n－1)＝3n－2，由3n－2＝28，解得n＝10.]‎ ‎⊙考点2　等差数列的判定与证明 ‎　等差数列的判定与证明的方法 方法 解读 适合题型 定义法 对于任意自然数n(n≥2)，an－an－1(n≥2，n∈N*)为同一常数⇔{an}是等差数列 解答题中证明问题 等差中项法 ‎2an－1＝an＋an－2(n≥3，n∈N*)成立⇔{an}是等差数列 通项公式法 an＝pn＋q(p，q为常数)对任意的正整数n都成立⇔{an}是等差数列 选择、填空题中的判定问题 前n项和公式法 验证Sn＝An2＋Bn(A，B是常数)对任意的正整数n都成立⇔{an}是等差数列 ‎　已知数列{an}中，a1＝，an＝2－(n≥2，n∈N*)，数列{bn}满足bn＝(n∈N*)．‎ ‎(1)求证：数列{bn}是等差数列；‎ ‎(2)求数列{an}中的最大项和最小项，并说明理由．‎ ‎[解](1)证明：因为an＝2－(n≥2，n∈N*)，bn＝(n∈N*)，‎ 所以bn＋1－bn＝－ ‎＝－ ‎＝－＝1.‎ 又b1＝＝－.‎ 所以数列{bn}是以－为首项，1为公差的等差数列．‎ ‎(2)由(1)知bn＝n－，‎ 则an＝1＋＝1＋.‎ 设f(x)＝1＋，‎ 则f(x)在区间和上为减函数．‎ 所以当n＝3时，an取得最小值－1，‎ 当n＝4时，an取得最大值3.‎ ‎[母题探究]‎ 本例中，若将条件变为a1＝，nan＋1＝(n＋1)an＋n(n＋1)，试求数列{an}的通项公式．‎ ‎[解]　由已知可得 ＝＋1，‎ 即－＝1，又a1＝，‎ ‎∴是以＝为首项，1为公差的等差数列，‎ ‎∴＝＋(n－1)·1＝n－，‎ ‎∴an＝n2－n.‎ ‎　求数列的最大项和最小项，实际就是求函数的最值问题，可借助函数的图像及函数的单调性求解．‎ ‎[教师备选例题]‎ 已知Sn是等差数列{an}的前n项和，S2＝2，S3＝－6.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式和前n项和Sn；‎ ‎(2)是否存在正整数n，使Sn，Sn＋2＋2n，Sn＋3成等差数列？若存在，求出n；若不存在，请说明理由．‎ ‎[解](1)设数列{an}的公差为d，‎ 则 ‎∴∴an＝4－6(n－1)＝10－6n，‎ Sn＝na1＋d＝7n－3n2.‎ ‎(2)由(1)知Sn＋Sn＋3＝7n－3n2＋7(n＋3)－3(n＋3)2‎ ‎＝－6n2－4n－6，‎ ‎2(Sn＋2＋2n)＝2(－3n2－5n＋2＋2n)＝－6n2－6n＋4，‎ 若存在正整数n使得Sn，Sn＋2＋2n，Sn＋3成等差数列，‎ 则－6n2－4n－6＝－6n2－6n＋4，解得n＝5，‎ ‎∴存在n＝5，使Sn，Sn＋2＋2n，Sn＋3成等差数列．‎ ‎　1.数列{an}满足a1＝1，an＋1＝，则数列的通项公式an＝________.‎ 　[由an＋1＝得＝，‎ 即－＝2.‎ 又＝1，因此数列是首项为1，公差为2的等差数列，所以＝1＋2(n－1)＝2n－1，‎ 所以an＝.]‎ ‎2．在数列{an}中，a1＝2，an是1与anan＋1的等差中项．‎ 求证：数列是等差数列，并求{an}的通项公式．‎ ‎[证明]　由题意知2an＝1＋anan＋1，‎ ‎∴－ ‎＝＝ ‎＝＝1.‎ 又a1＝2，＝1，‎ ‎∴数列是首项为1，公差为1的等差数列．‎ ‎⊙考点3　等差数列性质的应用 ‎　利用等差数列的性质解题的两个关注点 ‎(1)两项和的转换是最常用的性质，利用2am＝am－n＋am＋n可实现项的合并与拆分，在Sn＝中，Sn与a1＋an可相互转化．‎ ‎(2)利用Sm，S2m－Sm，S3m－S2m成等差数列，可求S2m或S3m.‎ ‎　等差数列项的性质 ‎ (1)已知在等差数列{an}中，a5＋a6＝4，则log2(2a1·2a2·…·2a10)＝(　　)‎ A．10　　　　B．20　　　　C．40　　　　D．2＋log25‎ ‎(2)已知数列{an}是等差数列，若a9＝4，a5＋a6＋a7＝6，则S14＝(　　)‎ A．84 B．70 ‎ C．49 D．42‎ ‎(1)B　(2)D　[(1)log2(2a1·2a2·…·2a10)＝log22a1＋log22a2＋…＋log22a10‎ ‎＝a1＋a2＋…＋a10＝5(a5＋a6)＝5×4＝20.‎ 故选B.‎ ‎(2)因为a5＋a6＋a7＝3a6＝6，所以a6＝2，又a9＝4，所以S14＝＝7(a6＋a9)＝42.‎ 故选D.]‎ ‎　一般地am＋an≠am＋n，等号左右两边必须是两项相加，当然也可以是am－n＋am＋n＝2am.‎ ‎　等差数列前n项和的性质 ‎ (1)(2019·莆田模拟)已知等差数列{an}的前n项和为Sn.若S5＝7，S10＝21，则S15等于(　　)‎ A．35 B．42 ‎ C．49 D．63‎ ‎(2)已知Sn是等差数列{an}的前n项和，若a1＝－2 018，－＝6，则S2 020＝________.‎ ‎(1)B　(2)2 020　[(1)由题意知，S5，S10－S5，S15－S10成等差数列，‎ 即7,14，S15－21成等差数列，‎ ‎∴S15－21＋7＝28，‎ ‎∴S15＝42，故选B.‎ ‎(2)由等差数列的性质可得也为等差数列，‎ 设其公差为d，则－＝6d＝6，‎ ‎∴d＝1，‎ ‎∴＝＋2 019d＝－2 018＋2 019＝1，‎ ‎∴S2 020＝2 020.]‎ ‎　本例T(2)，也可以根据条件先求出a1，d，再求结果，但运算量大，易出错．‎ ‎　1.设等差数列{an}的前n项和为Sn，若S3＝9，S6＝36，则a7＋a8＋a9等于(　　)‎ A．63 B．45 ‎ C．36 D．27‎ B　[由题意知，S3，S6－S3，S9－S6成等差数列，‎ 即9,27，S9－S6成等差数列．‎ ‎∴S9－S6＝45，即a7＋a8＋a9＝45.]‎ ‎2．等差数列{an}的前n项和为Sn，若am＝10，S2m－1＝110，则m＝________.‎ ‎6　[S2m－1＝＝＝110，解得m＝6.]‎ ‎3．等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn，若＝，则＝________.‎ 　[＝＝＝ ‎＝＝＝.]‎ ‎⊙考点4　等差数列的前n项和及其最值 ‎　求等差数列前n项和Sn最值的两种方法 ‎(1)二次函数法 利用等差数列前n项和的函数表达式Sn＝an2＋bn，通过配方或借助图像求二次函数最值的方法求解．‎ ‎(2)通项变号法 ‎①a1＞0，d＜0时，满足的项数m使得Sn取得最大值为Sm；‎ ‎②当a1＜0，d＞0时，满足的项数m使得Sn取得最小值为Sm.‎ ‎ (1)[一题多解]已知等差数列{an}的前n项和为Sn，a1＝13，S3＝S11，当Sn最大时，n的值是(　　)‎ A．5 B．6 ‎ C．7 D．8‎ C　[法一(通项变号法)：由S3＝S11，得a4＋a5＋…＋a11＝0，根据等差数列的性质，可得a7＋a8＝0.根据首项等于13可推知这个数列递减，从而得到a7＞0，a8＜0，故n＝7时，‎ Sn最大．‎ 法二(二次函数法)：由S3＝S11，可得3a1＋3d＝11a1＋55d，把a1＝13代入，得d＝－2，故Sn＝13n－n(n－1)＝－n2＋14n.根据二次函数的性质，知当n＝7时Sn最大．‎ 法三(图像法)：根据a1＝13，S3＝S11，知这个数列的公差不等于零，且这个数列的和是先递增后递减．根据公差不为零的等差数列的前n项和是关于n的二次函数，以及二次函数图像的对称性，可得只有当n＝＝7时，Sn取得最大值．]‎ ‎(2)已知等差数列{an}的前三项和为－3，前三项的积为8.‎ ‎①求等差数列{an}的通项公式；‎ ‎②若a2，a3，a1成等比数列，求数列{|an|}的前n项和Tn.‎ ‎[解]　①设等差数列{an}的公差为d，‎ 则a2＝a1＋d，a3＝a1＋2d.‎ 由题意得 解得或 所以由等差数列通项公式可得 an＝2－3(n－1)＝－3n＋5或an＝－4＋3(n－1)＝3n－7.‎ 故an＝－3n＋5或an＝3n－7.‎ ‎②当an＝－3n＋5时，a2，a3，a1分别为－1，－4,2，不成等比数列；‎ 当an＝3n－7时，a2，a3，a1分别为－1,2，－4，成等比数列，满足条件．‎ 故|an|＝|3n－7|＝ 记数列{3n－7}的前n项和为Sn，‎ 则Sn＝＝n2－n.‎ 当n≤2时，Tn＝|a1|＋|a2|＋…＋|an|＝－(a1＋a2＋…＋an)＝－n2＋n，‎ 当n≥3时，Tn＝|a1|＋|a2|＋|a3|＋…＋|an|＝－(a1＋a2)＋(a3＋a4＋…＋an)＝Sn－2S2＝n2－n＋10，‎ 综上知：Tn＝n∈N*.‎ ‎　当公差d≠0时，等差数列{an}的前n项和Sn是关于n的二次函数，故在对称轴处Sn有最值，当对称轴不是正整数时，离对称轴最近的n值使Sn取得最值．‎ ‎[教师备选例题]‎ 在等差数列{an}中，a1＋a3＋a5＝105，a2＋a4＋a6＝99，以Sn表示{an}的前n项和，则使Sn达到最大值的n是(　　)‎ A．21　　　B．20　　　C．19　　　D．18‎ B　[因为a1＋a3＋a5＝3a3＝105，a2＋a4＋a6＝3a4＝99，所以a3＝35，a4＝33，所以d＝－2，a1＝39.由an＝a1＋(n－1)d＝39－2(n－1)＝41－2n≥0，解得n≤，所以当n＝20时Sn达到最大值，故选B.]‎ ‎　1.设数列{an}的通项公式为an＝2n－10(n∈N*)，则|a1|＋|a2|＋…＋|a15|＝________.‎ ‎130　[由an＝2n－10(n∈N*)知{an}是以－8为首项，2为公差的等差数列，又由an＝2n－10≥0得n≥5，所以n≤5时，an≤0，当n＞5时，an＞0，所以|a1|＋|a2|＋…＋|a15|＝－(a1＋a2＋a3＋a4＋a5)＋(a6＋…＋a15)＝S15－2S5＝130.]‎ ‎2．(2019·北京高考)设{an}是等差数列，a1＝－10，且a2＋10，a3＋8，a4＋6成等比数列．‎ ‎(1)求{an}的通项公式；‎ ‎(2)记{an}的前n项和为Sn，求Sn的最小值．‎ ‎[解](1)设{an}的公差为d.‎ 因为a1＝－10，‎ 所以a2＝－10＋d，a3＝－10＋2d，a4＝－10＋3d.‎ 因为a2＋10，a3＋8，a4＋6成等比数列，‎ 所以(a3＋8)2＝(a2＋10)(a4＋6)．‎ 所以(－2＋2d)2＝d(－4＋3d)．‎ 解得d＝2.‎ 所以an＝a1＋(n－1)d＝2n－12.‎ ‎(2)由(1)知，an＝2n－12.‎ 则当n≥7时，an＞0；当n≤6时，an≤0.‎ 所以Sn的最小值为S5＝S6＝－30.‎