高考理数 数列求和、数列的综合应用
§6.4
数列求和、数列的综合应用
高考理数
(课标专用
)
A组 统一命题·课标卷题组
考点一 数列求和
1
.(2017课标Ⅱ,15,5分)等差数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,
a
3
=3,
S
4
=10,则
=
.
五年高考
答案
解析
本题主要考查等差数列基本量的计算及裂项相消法求和.
设公差为
d
,则
∴
∴
a
n
=
n
.
∴前
n
项和
S
n
=1+2+
…
+
n
=
,
∴
=
=2
,
∴
=2
1-
+
-
+
…
+
-
=2
=2·
=
.
解后反思
裂项相消法求和的常见类型:
①若{
a
n
}是等差数列,则
=
(
d
≠
0);
②
=
(
-
);
③
=
-
.
思路分析
求出首项
a
1
和公差
d
,从而求出
S
n
.
=
=2
,从而运用裂项相消法求和
即可.
2
.(2015课标Ⅱ,16,5分,0.154)设
S
n
是数列{
a
n
}的前
n
项和,且
a
1
=-1,
a
n
+1
=
S
n
S
n
+1
,则
S
n
=
.
答案
-
解析
∵
a
n
+1
=
S
n
+1
-
S
n
,∴
S
n
+1
-
S
n
=
S
n
+1
S
n
,又由
a
1
=-1,知
S
n
≠
0,∴
-
=1,∴
是等差数列,且公差
为-1,而
=
=-1,∴
=-1+(
n
-1)
×
(-1)=-
n
,∴
S
n
=-
.
思路分析
由
a
n
+1
=
S
n
+1
-
S
n
得
S
n
+1
-
S
n
=
S
n
S
n
+1
,通过变形知数列
是首项和公差均为-1的等差数列,
进而得
,从而得
S
n
.
解题关键
在已知等式中用
S
n
+1
-
S
n
代替
a
n
+1
,得到
中相邻两项的关系是解决本题的突破口.
3.
(2018课标Ⅱ,17,12分)记
S
n
为等差数列{
a
n
}的前
n
项和,已知
a
1
=-7,
S
3
=-15.
(1)求{
a
n
}的通项公式;
(2)求
S
n
,并求
S
n
的最小值.
解析
(1)设{
a
n
}的公差为
d
,由题意得3
a
1
+3
d
=-15.
由
a
1
=-7得
d
=2.
所以{
a
n
}的通项公式为
a
n
=2
n
-9.
(2)由(1)得
S
n
=
n
2
-8
n
=(
n
-4)
2
-16.
所以当
n
=4时,
S
n
取得最小值,最小值为-16.
方法总结
求等差数列前
n
项和
S
n
的最值的两种方法
(1)函数法:利用等差数列前
n
项和的函数表达式
S
n
=
an
2
+
bn
,通过配方或借助图象求二次函数的最值.
(2)邻项变号法:
①当
a
1
>0,
d
<0时,满足
的项数
m
,可使得
S
n
取得最大值,最大值为
S
m
;
②当
a
1
<0,
d
>0时,满足
的项数
m
,可使得
S
n
取得最小值,最小值为
S
m
.
4
.(2016课标Ⅱ,17,12分)
S
n
为等差数列{
a
n
}的前
n
项和,且
a
1
=1,
S
7
=28.记
b
n
=[lg
a
n
],其中[
x
]表示不
超过
x
的最大整数,如[0.9]=0,[lg 99]=1.
(1)求
b
1
,
b
11
,
b
101
;
(2)求数列{
b
n
}的前1 000项和.
解析
(1)设{
a
n
}的公差为
d
,据已知有7+21
d
=28,
解得
d
=1.
所以{
a
n
}的通项公式为
a
n
=
n
.
b
1
=[lg 1]=0,
b
11
=[lg 11]=1,
b
101
=[lg 101]=2.
(6分)
(2)因为
b
n
=
(9分)
所以数列{
b
n
}的前1 000项和为1
×
90+2
×
900+3
×
1=1 893.
(12分)
思路分析
(1)先求公差,从而得通项
a
n
,再根据已知条件求
b
1
,
b
11
,
b
101
.(2)分析出{
b
n
}中项的规律,
进而求出数列{
b
n
}的前1 000项和.
5.
(2015课标Ⅰ,17,12分,0.624)
S
n
为数列{
a
n
}的前
n
项和.已知
a
n
>0,
+2
a
n
=4
S
n
+3.
(1)求{
a
n
}的通项公式;
(2)设
b
n
=
,求数列{
b
n
}的前
n
项和.
解析
(1)由
+2
a
n
=4
S
n
+3,可知
+2
a
n
+1
=4
S
n
+1
+3.
可得
-
+2(
a
n
+1
-
a
n
)=4
a
n
+1
,
即2(
a
n
+1
+
a
n
)=
-
=(
a
n
+1
+
a
n
)(
a
n
+1
-
a
n
).
由于
a
n
>0,所以
a
n
+1
-
a
n
=2.
又由
+2
a
1
=4
a
1
+3,解得
a
1
=-1(舍去)或
a
1
=3.
所以{
a
n
}是首项为3,公差为2的等差数列,通项公式为
a
n
=2
n
+1.
(6分)
(2)由
a
n
=2
n
+1可知
b
n
=
=
=
.
设数列{
b
n
}的前
n
项和为
T
n
,则
T
n
=
b
1
+
b
2
+
…
+
b
n
=
=
.
(12分)
思路分析
(1)由
+2
a
n
=4
S
n
+3,得
+2
a
n
+1
=4
S
n
+1
+3,两式相减得出递推关系,再求出
a
1
,利用等差
数列的通项公式可得通项.(2)利用裂项相消法求
T
n
.
考点二 数列的综合应用
(2017课标Ⅰ,12,5分)几位大学生响应国家的创业号召,开发了一款应用软件.为激发大家学习
数学的兴趣,他们推出了“解数学题获取软件激活码”的活动.这款软件的激活码为下面数学
问题的答案:已知数列1,1,2,1,2,4,1,2,4,8,1,2,4,8,16,
…
,其中第一项是2
0
,接下来的两项是2
0
,2
1
,再
接下来的三项是2
0
,2
1
,2
2
,依此类推.求满足如下条件的最小整数
N
:
N
>100且该数列的前
N
项和为
2的整数幂.那么该款软件的激活码是
( )
A.440 B.330 C.220 D.110
答案
A
本题考查等差数列、等比数列的前
n
项和公式
,
考查学生的逻辑推理能力、运算求
解能力和创新应用能力
.
解法一
(
排除法
):
记
S
N
为数列的前
N
项和
,
由题意得
,
数列的前
110
项为
2
0
,2
0
,2
1
,2
0
,2
1
,
…
,2
0
,2
1
,
…
,2
13
,2
0
,2
1
,2
2
,2
3
,2
4
,
所以
S
110
=2
0
+(2
0
+2
1
)+
…
+(2
0
+2
1
+
…
+2
13
)+(2
0
+2
1
+2
2
+2
3
+2
4
)=(2
1
-1)+(2
2
-1)+
…
+(2
14
-1)+(2
5
-
1)=(2
1
+2
2
+
…
+2
14
)-14+31=2
15
+15,
这是一个奇数
,
不可能是
2
的整数幂
,
故选项
D
不正确
.
同理
,
S
220
=
2
0
+(2
0
+2
1
)+
…
+(2
0
+2
1
+
…
+2
19
)+(2
0
+2
1
+2
2
+2
3
+
…
+2
9
)=2
21
+2
10
-23,
这是一个奇数
,
不可能是
2
的整数
幂
,
故选项
C
不正确
.
同理
,
S
330
=2
0
+(2
0
+2
1
)+
…
+(2
0
+2
1
+
…
+2
24
)+(2
0
+2
1
+2
2
+2
3
+2
4
)=2
26
+4,
不是
2
的整
数幂,故选项B不正确.所以,正确的选项为A.
解法二:不妨设1+(1+2)+
…
+(1+2+
…
+2
n
-1
)+(1+2+
…
+2
t
)=2
m
(其中
m
、
n
、
t
∈N,0
≤
t
≤
n
),
则有
N
=
+
t
+1,因为
N
>100,所以
n
≥
13.
由等比数列的前
n
项和公式可得2
n
+1
-
n
-2+2
t
+1
-1=2
m
.
因为
n
≥
13,所以2
n
>
n
+2,
所以2
n
+1
>2
n
+
n
+2,即2
n
+1
-
n
-2>2
n
,
因为2
t
+1
-1>0,
所以2
m
>2
n
+1
-
n
-2>2
n
,故
m
≥
n
+1,
因为2
t
+1
-1
≤
2
n
+1
-1,所以2
m
≤
2
n
+2
-
n
-3,故
m
≤
n
+1.
所以
m
=
n
+1,从而有
n
=2
t
+1
-3,因为
n
≥
13,所以
t
≥
3.
当
t
=3时,
N
=95,不合题意;
当
t
=4时,
N
=440,满足题意,故所求
N
的最小值为440.
考点一 数列求和
1.
(2016北京,12,5分)已知{
a
n
}为等差数列,
S
n
为其前
n
项和.若
a
1
=6,
a
3
+
a
5
=0,则
S
6
=
.
B组 自主命题·省(区、市)卷题组
答案
6
解析
设等差数列{
a
n
}的公差为
d
,∵
a
1
=6,
a
3
+
a
5
=0,
∴6+2
d
+6+4
d
=0,∴
d
=-2,∴
S
6
=6
×
6+
×
(-2)=6.
2.
(2018天津,18,13分)设{
a
n
}是等比数列,公比大于0,其前
n
项和为
S
n
(
n
∈N
*
),{
b
n
}是等差数列.已
知
a
1
=1,
a
3
=
a
2
+2,
a
4
=
b
3
+
b
5
,
a
5
=
b
4
+2
b
6
.
(1)求{
a
n
}和{
b
n
}的通项公式;
(2)设数列{
S
n
}的前
n
项和为
T
n
(
n
∈N
*
).
(i)求
T
n
;
(ii)证明
=
-2(
n
∈N
*
).
解析
本小题主要考查等差数列的通项公式
,
等比数列的通项公式及其前
n
项和公式等基础知
识
.
考查数列求和的基本方法和运算求解能力
.
(1)
设等比数列
{
a
n
}
的公比为
q
.
由
a
1
=1,
a
3
=
a
2
+2,
可得
q
2
-
q
-2=0.
因为
q
>0,
可得
q
=2,
故
a
n
=2
n
-1
.
设等差数列
{
b
n
}
的公差为
d
.
由
a
4
=
b
3
+
b
5
,
可得
b
1
+3
d
=4.
由
a
5
=
b
4
+2
b
6
,
可得
3
b
1
+13
d
=16,
从而
b
1
=1,
d
=1,故
b
n
=
n
.
所以,数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=2
n
-1
,数列{
b
n
}的通项公式为
b
n
=
n
.
(2)(i)由(1),有
S
n
=
=2
n
-1,
故
T
n
=
=
-
n
=2
n
+1
-
n
-2.
(ii)证明:因为
=
=
=
-
,所以,
=
+
+
…
+
=
-2.
方法总结
解决数列求和问题的两种思路
(1)利用转化的思想将一般数列设法转化为等差或等比数列,这一思想方法往往通过通项分解
或错位相减来完成.
(2)不能转化为等差或等比数列的,往往通过裂项相消法、倒序相加法等来求和.
3.
(2017天津,18,13分)已知{
a
n
}为等差数列,前
n
项和为
S
n
(
n
∈N
*
),{
b
n
}是首项为2的等比数列,且
公比大于0,
b
2
+
b
3
=12,
b
3
=
a
4
-2
a
1
,
S
11
=11
b
4
.
(1)求{
a
n
}和{
b
n
}的通项公式;
(2)求数列{
a
2
n
b
2
n
-1
}的前
n
项和(
n
∈N
*
).
解析
本小题主要考查等差数列、等比数列及其前
n
项和公式等基础知识
.
考查数列求和的基
本方法和运算求解能力
.
(1)
设等差数列
{
a
n
}
的公差为
d
,
等比数列
{
b
n
}
的公比为
q
.
由已知
b
2
+
b
3
=12,
得
b
1
(
q
+
q
2
)=12,
而
b
1
=2,
所以
q
2
+
q
-6=0,
解得
q
=2
或
q
=-3,
又因为
q
>0,
所以
q
=2.
所以
,
b
n
=2
n
.
由
b
3
=
a
4
-2
a
1
,
可得
3
d
-
a
1
=8①.
由
S
11
=
11
b
4
,
可得
a
1
+5
d
=16②,
联立①②
,
解得
a
1
=1,
d
=3,
由此可得
a
n
=3
n
-2.
所以
,
数列
{
a
n
}
的通项公式为
a
n
=3
n
-2,
数列
{
b
n
}
的通项公式为
b
n
=2
n
.
(2)设数列{
a
2
n
b
2
n
-1
}的前
n
项和为
T
n
,由
a
2
n
=6
n
-2,
b
2
n
-1
=2
×
4
n
-1
,有
a
2
n
b
2
n
-1
=(3
n
-1)
×
4
n
,
故
T
n
=2
×
4+5
×
4
2
+8
×
4
3
+
…
+(3
n
-1)
×
4
n
,
4
T
n
=2
×
4
2
+5
×
4
3
+8
×
4
4
+
…
+(3
n
-4)
×
4
n
+(3
n
-1)
×
4
n
+1
,
上述两式相减,得
-3
T
n
=2
×
4+3
×
4
2
+3
×
4
3
+
…
+3
×
4
n
-(3
n
-1)
×
4
n
+1
=
-4-(3
n
-1)
×
4
n
+1
=-(3
n
-2)
×
4
n
+1
-8.
得
T
n
=
×
4
n
+1
+
.
所以,数列{
a
2
n
b
2
n
-1
}的前
n
项和为
×
4
n
+1
+
.
方法总结
(1)等差数列与等比数列中有五个量
a
1
,
n
,
d
(或
q
),
a
n
,
S
n
,一般可以“知三求二”,通过
列方程(组)求关键量
a
1
和
d
(或
q
),问题可迎刃而解.
(2)数列{
a
n
}是公差为
d
的等差数列,{
b
n
}是公比
q
≠
1的等比数列,求数列{
a
n
b
n
}的前
n
项和适用错
位相减法.
4
.(2016山东,18,12分)已知数列{
a
n
}的前
n
项和
S
n
=3
n
2
+8
n
,{
b
n
}是等差数列,且
a
n
=
b
n
+
b
n
+1
.
(1)求数列{
b
n
}的通项公式;
(2)令
c
n
=
,求数列{
c
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)由题意知,当
n
≥
2时,
a
n
=
S
n
-
S
n
-1
=6
n
+5.当
n
=1时,
a
1
=
S
1
=11,所以
a
n
=6
n
+5.
设数列{
b
n
}的公差为
d
.
由
即
可解得
b
1
=4,
d
=3.所以
b
n
=3
n
+1.
(2)由(1)知
c
n
=
=3(
n
+1)·2
n
+1
.
又
T
n
=
c
1
+
c
2
+
…
+
c
n
,
得
T
n
=3
×
[2
×
2
2
+3
×
2
3
+
…
+(
n
+1)
×
2
n
+1
],
2
T
n
=3
×
[2
×
2
3
+3
×
2
4
+
…
+(
n
+1)
×
2
n
+2
],
两式作差,得-
T
n
=3
×
[2
×
2
2
+2
3
+2
4
+
…
+2
n
+1
-(
n
+1)
×
2
n
+2
]
=3
×
=-3
n
·2
n
+2
.所以
T
n
=3
n
·2
n
+2
.
5
.(2015湖北,18,12分)设等差数列{
a
n
}的公差为
d
,前
n
项和为
S
n
,等比数列{
b
n
}的公比为
q
.已知
b
1
=
a
1
,
b
2
=2,
q
=
d
,
S
10
=100.
(1)求数列{
a
n
},{
b
n
}的通项公式;
(2)当
d
>1时,记
c
n
=
,求数列{
c
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)由题意有,
即
解得
或
故
或
(2)由
d
>1,知
a
n
=2
n
-1,
b
n
=2
n
-1
,故
c
n
=
,
于是
T
n
=1+
+
+
+
+
…
+
,①
T
n
=
+
+
+
+
+
…
+
.②
①-②可得
T
n
=2+
+
+
…
+
-
=3-
,
故
T
n
=6-
.
6
.(2014山东,19,12分)已知等差数列{
a
n
}的公差为2,前
n
项和为
S
n
,且
S
1
,
S
2
,
S
4
成等比数列.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)令
b
n
=(-1)
n
-1
,求数列{
b
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)因为
S
1
=
a
1
,
S
2
=2
a
1
+
×
2=2
a
1
+2,
S
4
=4
a
1
+
×
2=4
a
1
+12,
所以由题意得(2
a
1
+2)
2
=
a
1
(4
a
1
+12),
解得
a
1
=1,所以
a
n
=2
n
-1.
(2)
b
n
=(-1)
n
-1
=(-1)
n
-1
=(-1)
n
-1
.
当
n
为偶数时,
T
n
=
-
+
…
+
-
=1-
=
.
当
n
为奇数时,
T
n
=
-
+
…
-
+
+
+
=1+
=
.
所以
T
n
=
7
.(2014江西,17,12分)已知首项都是1的两个数列{
a
n
},{
b
n
}(
b
n
≠
0,
n
∈N
*
)满足
a
n
b
n
+1
-
a
n
+1
b
n
+2
b
n
+1
b
n
=0.
(1)令
c
n
=
,求数列{
c
n
}的通项公式;
(2)若
b
n
=3
n
-1
,求数列{
a
n
}的前
n
项和
S
n
.
解析
(1)因为
a
n
b
n
+1
-
a
n
+1
b
n
+2
b
n
+1
b
n
=0,
b
n
≠
0(
n
∈N
*
),
所以
-
=2,即
c
n
+1
-
c
n
=2.
所以数列{
c
n
}是以1为首项,2为公差的等差数列,
故
c
n
=2
n
-1.
(2)由
b
n
=3
n
-1
知
a
n
=
c
n
b
n
=(2
n
-1)3
n
-1
,
于是数列{
a
n
}的前
n
项和
S
n
=1·3
0
+3·3
1
+5·3
2
+
…
+(2
n
-1)·3
n
-1
,
3
S
n
=1·3
1
+3·3
2
+
…
+(2
n
-3)·3
n
-1
+(2
n
-1)·3
n
,
相减得-2
S
n
=1+2·(3
1
+3
2
+
…
+3
n
-1
)-(2
n
-1)·3
n
=-2-(2
n
-2)3
n
,
所以
S
n
=(
n
-1)3
n
+1.
考点二 数列的综合应用
1
.(2015福建,8,5分)若
a
,
b
是函数
f
(
x
)=
x
2
-
px
+
q
(
p
>0,
q
>0)的两个不同的零点,且
a
,
b
,-2这三个数可适
当排序后成等差数列,也可适当排序后成等比数列,则
p
+
q
的值等于
( )
A.6 B.7 C.8 D.9
答案 D
由题意可知
a
,
b
是
x
2
-
px
+
q
=0的两根,
∴
a
+
b
=
p
>0,
ab
=
q
>0,故
a
,
b
均为正数.
∵
a
,
b
,-2适当排序后成等比数列,
∴-2是
a
,
b
的等比中项,得
ab
=4,
∴
q
=4.又
a
,
b
,-2适当排序后成等差数列,
所以-2是第一项或第三项,
不妨设
a
<
b
,且-2为该等差数列的第一项,
则-2,
a
,
b
成递增的等差数列,
∴2
a
=
b
-2,联立
消去
b
得
a
2
+
a
-2=0,得
a
=1或
a
=-2,
又
a
>0,∴
a
=1,此时
b
=4,∴
p
=
a
+
b
=5,∴
p
+
q
=9,选D.
2
.(2018江苏,14,5分)已知集合
A
={
x
|
x
=2
n
-1,
n
∈N
*
},
B
={
x
|
x
=2
n
,
n
∈N
*
}.将
A
∪
B
的所有元素从小到
大依次排列构成一个数列{
a
n
}.记
S
n
为数列{
a
n
}的前
n
项和,则使得
S
n
>12
a
n
+1
成立的
n
的最小值为
.
答案
27
解析
本题考查数列的插项问题.
设
A
n
=2
n
-1,
B
n
=2
n
,
n
∈N
*
,
当
A
k
<
B
l
<
A
k
+1
(
k
,
l
∈N
*
)时,
2
k
-1<2
l
<2
k
+1,有
k
-
<2
l
-1
<
k
+
,则
k
=2
l
-1
,
设
T
l
=
A
1
+
A
2
+
…
+
+
B
1
+
B
2
+
…
+
B
l
,
则共有
k
+
l
=2
l
-1
+
l
个数,即
T
l
=
,
而
A
1
+
A
2
+
…
+
=
×
2
l
-1
=2
2
l
-2
,
B
1
+
B
2
+
…
+
B
l
=
=2
l
+1
-2.
则
T
l
=2
2
l
-2
+2
l
+1
-2,则
l
,
T
l
,
n
,
a
n
+1
的对应关系为
l
T
l
n
a
n
+1
12
a
n
+1
1
3
2
3
36
2
10
4
5
60
3
30
7
9
108
4
94
12
17
204
5
318
21
33
396
6
1 150
38
65
780
观察到
l
=5时,
T
l
=
S
21
<12
a
22
,
l
=6,
T
l
=
S
38
>12
a
39
,
则
n
∈[22,38),
n
∈N
*
时,存在
n
,使
S
n
≥
12
a
n
+1
,
此时
T
5
=
A
1
+
A
2
+
…
+
A
16
+
B
1
+
B
2
+
B
3
+
B
4
+
B
5
,
则当
n
∈[22,38),
n
∈N
*
时,
S
n
=
T
5
+
=
n
2
-10
n
+87.
a
n
+1
=
A
n
+1-5
=
A
n
-4
,
12
a
n
+1
=12[2(
n
-4)-1]=24
n
-108,
S
n
-12
a
n
+1
=
n
2
-34
n
+195=(
n
-17)
2
-94,
则
n
≥
27时,
S
n
-12
a
n
+1
>0,即
n
min
=27.
3
.(2018浙江,20,15分)已知等比数列{
a
n
}的公比
q
>1,且
a
3
+
a
4
+
a
5
=28,
a
4
+2是
a
3
,
a
5
的等差中项.数列
{
b
n
}满足
b
1
=1,数列{(
b
n
+1
-
b
n
)
a
n
}的前
n
项和为2
n
2
+
n
.
(1)求
q
的值;
(2)求数列{
b
n
}的通项公式.
解析
本题主要考查等差数列、等比数列、数列求和等基础知识,同时考查运算求解能力和
综合应用能力.
(1)由
a
4
+2是
a
3
,
a
5
的等差中项得
a
3
+
a
5
=2
a
4
+4,
所以
a
3
+
a
4
+
a
5
=3
a
4
+4=28,解得
a
4
=8.
由
a
3
+
a
5
=20得8
=20,解得
q
=2或
q
=
,
因为
q
>1,所以
q
=2.
(2)设
c
n
=(
b
n
+1
-
b
n
)
a
n
,数列{
c
n
}的前
n
项和为
S
n
.
由
c
n
=
解得
c
n
=4
n
-1.
由(1)可知
a
n
=2
n
-1
,
=(4
n
-5)·
+(4
n
-9)·
+
…
+7·
+3.
设
T
n
=3+7·
+11·
+
…
+(4
n
-5)·
,
n
≥
2,
T
n
=3·
+7·
+
…
+(4
n
-9)·
+(4
n
-5)·
,
所以
T
n
=3+4·
+4·
+
…
+4·
-(4
n
-5)·
,
因此
T
n
=14-(4
n
+3)·
,
n
≥
2,
又
b
1
=1,所以
b
n
=15-(4
n
+3)·
.
所以
b
n
+1
-
b
n
=(4
n
-1)·
,
故
b
n
-
b
n
-1
=(4
n
-5)·
,
n
≥
2,
b
n
-
b
1
=(
b
n
-
b
n
-1
)+(
b
n
-1
-
b
n
-2
)+
…
+(
b
3
-
b
2
)+(
b
2
-
b
1
)
易错警示
利用错位相减法求和时,要注意以下几点:
(1)错位相减法求和,只适合于数列{
a
n
b
n
},其中{
a
n
}为等差数列,{
b
n
}为等比数列.
(2)在等式两边所乘的数是等比数列{
b
n
}的公比.
(3)两式相减时,一定要错开一位.
(4)特别要注意相减后等比数列的次数.
(5)进行检验.
4.
(2018江苏,20,16分)设{
a
n
}是首项为
a
1
,公差为
d
的等差数列,{
b
n
}是首项为
b
1
,公比为
q
的等比数列.
(1)设
a
1
=0,
b
1
=1,
q
=2,若|
a
n
-
b
n
|
≤
b
1
对
n
=1,2,3,4均成立,求
d
的取值范围;
(2)若
a
1
=
b
1
>0,
m
∈N
*
,
q
∈(1,
],证明:存在
d
∈R,使得|
a
n
-
b
n
|
≤
b
1
对
n
=2,3,
…
,
m
+1均成立,并求
d
的
取值范围(用
b
1
,
m
,
q
表示).
解析
本小题主要考查等差和等比数列的定义、通项公式、性质等基础知识,考查代数推
理、转化与化归及综合运用数学知识探究与解决问题的能力.
(1)由条件知
a
n
=(
n
-1)
d
,
b
n
=2
n
-1
.
因为|
a
n
-
b
n
|
≤
b
1
对
n
=1,2,3,4均成立,即1
≤
1,1
≤
d
≤
3,3
≤
2
d
≤
5,7
≤
3
d
≤
9,得
≤
d
≤
.
因此,
d
的取值范围为
.
(2)由条件知:
a
n
=
b
1
+(
n
-1)
d
,
b
n
=
b
1
q
n
-1
.
若存在
d
∈R,使得|
a
n
-
b
n
|
≤
b
1
(
n
=2,3,
…
,
m
+1)均成立,
即|
b
1
+(
n
-1)
d
-
b
1
q
n
-1
|
≤
b
1
(
n
=2,3,
…
,
m
+1).
即当
n
=2,3,
…
,
m
+1时,
d
满足
b
1
≤
d
≤
b
1
.因为
q
∈(1,
],所以1<
q
n
-1
≤
q
m
≤
2,
从而
b
1
≤
0,
b
1
>0,对
n
=2,3,
…
,
m
+1均成立.因此,取
d
=0时,|
a
n
-
b
n
|
≤
b
1
对
n
=2,3,
…
,
m
+1均成立.
下面讨论数列
的最大值和数列
的最小值(
n
=2,3,
…
,
m
+1).
①当2
≤
n
≤
m
时,
-
=
=
,
当1<
q
≤
时,有
q
n
≤
q
m
≤
2,从而
n
(
q
n
-
q
n
-1
)-
q
n
+2>0.
因此,当2
≤
n
≤
m
+1时, 数列
单调递增,
故数列
的最大值为
.
②设
f
(
x
)=2
x
(1-
x
),当
x
>0时,
f
'(
x
)=(ln 2-1-
x
ln 2)2
x
<0.
所以
f
(
x
)单调递减,从而
f
(
x
)<
f
(0)=1.
当2
≤
n
≤
m
时,
=
≤
=
f
<1.
因此,当2
≤
n
≤
m
+1时,数列
单调递减,故数列
的最小值为
.
因此,
d
的取值范围为
.
疑难突破
本题是数列的综合题,考查等差数列、等比数列的概念和相关性质,第(1)问主要考
查绝对值不等式.第(2)问要求
d
的范围,使得|
a
n
-
b
n
|
≤
b
1
对
n
=2,3,
…
,
m
+1都成立,首先把
d
分离出来,
变成
b
1
≤
d
≤
b
1
,难点在于讨论
b
1
的最大值和
b
1
的最小值.对于数列
,可以通过作差讨论其单调性,而对于数列
,要作商讨论单调性,∵
=
=
q
,当2
≤
n
≤
m
时,1<
q
n
≤
2.∴
q
≤
,可以构造函数
f
(
x
)=2
x
(1-
x
),通过讨论
f
(
x
)在
(0,+
∞
)上的单调性去证明
f
<1,得到数列
的单调性,解出最小值.两个数列,一个作差
得到单调性,一个作商得到单调性,都是根据数列本身结构而得,方法自然合理,最后构造函数
判断
与1的大小是难点,平时多积累,多思考,也是可以得到的.
5
.(2014湖北,18,12分)已知等差数列{
a
n
}满足:
a
1
=2,且
a
1
,
a
2
,
a
5
成等比数列.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)记
S
n
为数列{
a
n
}的前
n
项和,是否存在正整数
n
,使得
S
n
>60
n
+800?若存在,求
n
的最小值;若不存
在,说明理由.
解析
(1)设数列{
a
n
}的公差为
d
,依题意,2,2+
d
,2+4
d
成等比数列,故有(2+
d
)
2
=2(2+4
d
),
化简得
d
2
-4
d
=0,解得
d
=0或
d
=4.
当
d
=0时,
a
n
=2;
当
d
=4时,
a
n
=2+(
n
-1)·4=4
n
-2,
从而得数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=2或
a
n
=4
n
-2.
(2)当
a
n
=2时,
S
n
=2
n
.显然2
n
<60
n
+800,
此时不存在正整数
n
,使得
S
n
>60
n
+800成立.
当
a
n
=4
n
-2时,
S
n
=
=2
n
2
.令2
n
2
>60
n
+800,即
n
2
-30
n
-400>0,
解得
n
>40或
n
<-10(舍去),
此时存在正整数
n
,使得
S
n
>60
n
+800成立,
n
的最小值为41.
综上,当
a
n
=2时,不存在满足题意的
n
;当
a
n
=4
n
-2时,存在满足题意的
n
,其最小值为41.
6.
(2015安徽,18,12分)设
n
∈N
*
,
x
n
是曲线
y
=
x
2
n
+2
+1在点(1,2)处的切线与
x
轴交点的横坐标.
(1)求数列{
x
n
}的通项公式;
(2)记
T
n
=
…
,证明:
T
n
≥
.
解析
(1)
y
'=(
x
2
n
+2
+1)'=(2
n
+2)
x
2
n
+1
,曲线
y
=
x
2
n
+2
+1在点(1,2)处的切线斜率为2
n
+2.
从而切线方程为
y
-2=(2
n
+2)(
x
-1).
令
y
=0,解得切线与
x
轴交点的横坐标
x
n
=1-
=
.
(2)证明:由题设和(1)中的计算结果知
T
n
=
…
=
…
.
当
n
=1时,
T
1
=
.
当
n
≥
2时,因为
=
=
>
=
=
.
所以
T
n
>
×
×
×
…
×
=
.
综上可得对任意的
n
∈N
*
,均有
T
n
≥
.
7
.(2017山东,19,12分)
已知{
x
n
}是各项均为正数的等比数列,且
x
1
+
x
2
=3,
x
3
-
x
2
=2.
(1)求数列{
x
n
}的通项公式;
(2)如图,在平面直角坐标系
xOy
中,依次连接点
P
1
(
x
1
,1),
P
2
(
x
2
,2),
…
,
P
n
+1
(
x
n
+1
,
n
+1)得到折线
P
1
P
2
…
P
n
+1
,求由该折线与直线
y
=0,
x
=
x
1
,
x
=
x
n
+1
所围成的区域的面积
T
n
.
解析
本题考查等比数列基本量的计算,错位相减法求和.
(1)设数列{
x
n
}的公比为
q
,由已知知
q
>0.
由题意得
所以3
q
2
-5
q
-2=0.
因为
q
>0,所以
q
=2,
x
1
=1.
因此数列{
x
n
}的通项公式为
x
n
=2
n
-1
.
(2)过
P
1
,
P
2
,
…
,
P
n
+1
向
x
轴作垂线,垂足分别为
Q
1
,
Q
2
,
…
,
Q
n
+1
.
由(1)得
x
n
+1
-
x
n
=2
n
-2
n
-1
=2
n
-1
,
记梯形
P
n
P
n
+1
Q
n
+1
Q
n
的面积为
b
n
,
由题意
b
n
=
×
2
n
-1
=(2
n
+1)
×
2
n
-2
,
所以
T
n
=
b
1
+
b
2
+
…
+
b
n
=3
×
2
-1
+5
×
2
0
+7
×
2
1
+
…
+(2
n
-1)
×
2
n
-3
+(2
n
+1)
×
2
n
-2
,①
2
T
n
=3
×
2
0
+5
×
2
1
+7
×
2
2
+
…
+(2
n
-1)
×
2
n
-2
+(2
n
+1)
×
2
n
-1
.②
解题关键
记梯形
P
n
P
n
+1
Q
n
+1
Q
n
的面积为
b
n
,以几何图形为背景确定{
b
n
}的通项公式是关键.
=
+
-(2
n
+1)
×
2
n
-1
.
所以
T
n
=
.
方法总结
一般地,如果{
a
n
}是等差数列,{
b
n
}是等比数列,求数列{
a
n
·
b
n
}的前
n
项和时,可采用错
位相减法.在写“
S
n
”与“
qS
n
”的表达式时应特别注意将两式“错项对齐”,以便下一步准确
写出“
S
n
-
qS
n
”的表达式.
①-②得
-
T
n
=3
×
2
-1
+(2+2
2
+
…
+2
n
-1
)-(2
n
+1)
×
2
n
-1
考点一 数列求和
1.
(2013辽宁,14,5分)已知等比数列{
a
n
}是递增数列,
S
n
是{
a
n
}的前
n
项和.若
a
1
,
a
3
是方程
x
2
-5
x
+4=0
的两个根,则
S
6
=
.
C组 教师专用题组
答案
63
解析
a
1
,
a
3
是方程
x
2
-5
x
+4=0的两个根且{
a
n
}是递增数列,故
a
3
=4,
a
1
=1,故公比
q
=2,
S
6
=
=6
3.
2.
(2013重庆,12,5分)已知{
a
n
}是等差数列,
a
1
=1,公差
d
≠
0,
S
n
为其前
n
项和,若
a
1
,
a
2
,
a
5
成等比数列,
则
S
8
=
.
答案
64
解析
由
a
1
、
a
2
、
a
5
成等比数列,得(
a
1
+
d
)
2
=
a
1
(
a
1
+4
d
),即(1+
d
)
2
=1+4
d
,解得
d
=2(
d
=0舍去),
S
8
=
×
8=64.
3.
(2012课标,16,5分)数列{
a
n
}满足
a
n
+1
+(-1)
n
a
n
=2
n
-1,则{
a
n
}的前60项和为
.
答案
1 830
解析
当
n
=2
k
时,
a
2
k
+1
+
a
2
k
=4
k
-1,
当
n
=2
k
-1时,
a
2
k
-
a
2
k
-1
=4
k
-3,∴
a
2
k
+1
+
a
2
k
-1
=2,∴
a
2
k
+1
+
a
2
k
+3
=2,∴
a
2
k
-1
=
a
2
k
+3
,∴
a
1
=
a
5
=
…
=
a
61
.∴
a
1
+
a
2
+
a
3
+
…
+
a
60
=(
a
2
+
a
3
)+(
a
4
+
a
5
)+
…
+(
a
60
+
a
61
)=3+7+11+
…
+(2
×
60-1)=
=30
×
61=1 830.
评析
本题考查了数列求和,考查了分类讨论及等价转化的数学思想.
4.
(2013湖南,15,5分)设
S
n
为数列{
a
n
}的前
n
项和,
S
n
=(-1)
n
a
n
-
,
n
∈N
*
,则
(1)
a
3
=
;
(2)
S
1
+
S
2
+
…
+
S
100
=
.
答案
(1)-
(2)
解析
(1)由已知得
S
3
=-
a
3
-
,
S
4
=
a
4
-
,
两式相减得
a
4
=
a
4
+
a
3
-
+
,∴
a
3
=
-
=-
.
(2)已知
S
n
=(-1)
n
a
n
-
,
(i)当
n
为奇数时,
两式相减得
a
n
+1
=
a
n
+1
+
a
n
+
,∴
a
n
=-
;
(ii)当
n
为偶数时,
两式相减得
∴
S
1
+
S
2
+
…
+
S
100
=
+
+
…
+
=[(
a
2
+
a
4
+
…
+
a
100
)-(
a
1
+
a
3
+
…
+
a
99
)]-
=
+
-
+
+
…
+
=
-
=
-
=
.
a
n
+1
=-
a
n
+1
-
a
n
+
,即
a
n
=-2
a
n
+1
+
=
.
综上,
a
n
=
5
.(2015广东,21,14分)数列{
a
n
}满足:
a
1
+2
a
2
+
…
+
na
n
=4-
,
n
∈N
*
.
(1)求
a
3
的值;
(2)求数列{
a
n
}的前
n
项和
T
n
;
(3)令
b
1
=
a
1
,
b
n
=
+
a
n
(
n
≥
2),证明:数列{
b
n
}的前
n
项和
S
n
满足
S
n
<2+2ln
n
.
解析
(1)当
n
=1时,
a
1
=1;当
n
=2时,
a
1
+2
a
2
=2,
解得
a
2
=
;
当
n
=3时,
a
1
+2
a
2
+3
a
3
=
,解得
a
3
=
.
(2)当
n
≥
2时,
a
1
+2
a
2
+
…
+(
n
-1)
a
n
-1
+
na
n
=4-
,①
a
1
+2
a
2
+
…
+(
n
-1)
a
n
-1
=4-
,②
由①-②得,
na
n
=
,所以
a
n
=
(
n
≥
2),
经检验,
a
1
=1也适合上式,所以
a
n
=
(
n
∈N
*
).
所以数列{
a
n
}是以1为首项,
为公比的等比数列.
所以
T
n
=
=2-
.
(3)证明:
b
1
=1,
b
n
=
-
·
+
·
(
n
≥
2).
当
n
=1时,
S
1
=1<2+2ln 1.
当
n
≥
2时,
b
n
=
+
·
a
n
=
+
·(
T
n
-
T
n
-1
)
=
+
·
T
n
-
·
T
n
-1
=
·
T
n
-
·
T
n
-1
,
所以
S
n
=1+
·
T
2
-1·
T
1
+
·
T
3
-
·
T
2
+
…
+
·
T
n
-
1+
+
+
…
+
·
T
n
-1
=
·
T
n
<2
1+
+
+
…
+
=2+2
,
以下证明
+
+
…
+
1),则
h
'(
x
)=
-
=
>0(
x
>1),
所以函数
h
(
x
)在区间(1,+
∞
)上单调递增,即
h
(
x
)>
h
(1)=0.
所以ln
x
>1-
(
x
>1),
分别令
x
=2,
,
,
…
,
,得
ln 2>1-
=
,
ln
>1-
=
,
ln
>1-
=
,
……
ln
>1-
=
.
累加得ln 2+ln
+
…
+ln
>
+
+
…
+
,
即ln 2+(ln 3-ln 2)+
…
+[ln
n
-ln(
n
-1)]>
+
+
…
+
,
所以
+
+
…
+
0,故
q
=
.
由2
a
1
+3
a
2
=1得2
a
1
+3
a
1
q
=1,所以
a
1
=
.
所以数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=
.
(2)由(1)及题意可得
b
n
=log
3
a
1
+log
3
a
2
+
…
+log
3
a
n
=-(1+2+
…
+
n
)=-
.
故
=-
=-2
.
+
+
…
+
=-2
=-
.
所以数列
的前
n
项和为-
.
失分警示
本题在由
a
n
求
b
n
时易忽略负号,错误计算得
b
n
=
,或者将
裂项时误写成
=2
或-
·
,导致求和错误.
评析
本题主要考查等比数列的通项公式以及裂项求和的基本方法,属容易题.
考点二 数列的综合应用
1.
(2015天津,18,13分)已知数列{
a
n
}满足
a
n
+2
=
qa
n
(
q
为实数,且
q
≠
1),
n
∈N
*
,
a
1
=1,
a
2
=2,且
a
2
+
a
3
,
a
3
+
a
4
,
a
4
+
a
5
成等差数列.
(1)求
q
的值和{
a
n
}的通项公式;
(2)设
b
n
=
,
n
∈N
*
,求数列{
b
n
}的前
n
项和.
解析
(1)由已知,有(
a
3
+
a
4
)-(
a
2
+
a
3
)=(
a
4
+
a
5
)-(
a
3
+
a
4
),即
a
4
-
a
2
=
a
5
-
a
3
,
所以
a
2
(
q
-1)=
a
3
(
q
-1).又因为
q
≠
1,故
a
3
=
a
2
=2,
由
a
3
=
a
1
·
q
,得
q
=2.
当
n
=2
k
-1(
k
∈N
*
)时,
a
n
=
a
2
k
-1
=2
k
-1
=
;
当
n
=2
k
(
k
∈N
*
)时,
a
n
=
a
2
k
=2
k
=
.
所以,{
a
n
}的通项公式为
a
n
=
(2)由(1)得
b
n
=
=
.设{
b
n
}的前
n
项和为
S
n
,则
S
n
=1
×
+2
×
+3
×
+
…
+(
n
-1)
×
+
n
×
,
S
n
=1
×
+2
×
+3
×
+
…
+(
n
-1)
×
+
n
×
,
上述两式相减,得
S
n
=1+
+
+
…
+
-
=
-
=2-
-
,
整理得,
S
n
=4-
.
所以,数列{
b
n
}的前
n
项和为4-
,
n
∈N
*
.
2
.(2015陕西,21,12分)设
f
n
(
x
)是等比数列1,
x
,
x
2
,
…
,
x
n
的各项和,其中
x
>0,
n
∈N,
n
≥
2.
(1)证明:函数
F
n
(
x
)=
f
n
(
x
)-2在
内有且仅有一个零点(记为
x
n
),且
x
n
=
+
;
(2)设有一个与上述等比数列的首项、末项、项数分别相同的等差数列,其各项和为
g
n
(
x
),比较
f
n
(
x
)和
g
n
(
x
)的大小,并加以证明.
解析
(1)证明:
F
n
(
x
)=
f
n
(
x
)-2=1+
x
+
x
2
+
…
+
x
n
-2,则
F
n
(1)=
n
-1>0,
F
n
=1+
+
+
…
+
-2=
-2=-
<0,
所以
F
n
(
x
)在
内至少存在一个零点.
又
F
'
n
(
x
)=1+2
x
+
…
+
nx
n
-1
>0,故
F
n
(
x
)在
内单调递增,所以
F
n
(
x
)在
内有且仅有一个零点
x
n
.
因为
x
n
是
F
n
(
x
)的零点,所以
F
n
(
x
n
)=0,
即
-2=0,故
x
n
=
+
.
(2)解法一:由题设得,
g
n
(
x
)=
.
设
h
(
x
)=
f
n
(
x
)-
g
n
(
x
)=1+
x
+
x
2
+
…
+
x
n
-
,
x
>0.
当
x
=1时,
f
n
(
x
)=
g
n
(
x
).
当
x
≠
1时,
h
'(
x
)=1+2
x
+
…
+
nx
n
-1
-
.
若0<
x
<1,
h
'(
x
)>
x
n
-1
+2
x
n
-1
+
…
+
nx
n
-1
-
x
n
-1
=
x
n
-1
-
x
n
-1
=0.
若
x
>1,
h
'(
x
)<
x
n
-1
+2
x
n
-1
+
…
+
nx
n
-1
-
x
n
-1
=
x
n
-1
-
x
n
-1
=0.
所以
h
(
x
)在(0,1)上递增,在(1,+
∞
)上递减,
所以
h
(
x
)<
h
(1)=0,即
f
n
(
x
)<
g
n
(
x
).
综上所述,当
x
=1时,
f
n
(
x
)=
g
n
(
x
);
当
x
≠
1时,
f
n
(
x
)<
g
n
(
x
).
解法二:由题设,
f
n
(
x
)=1+
x
+
x
2
+
…
+
x
n
,
g
n
(
x
)=
,
x
>0.
当
x
=1时,
f
n
(
x
)=
g
n
(
x
).
当
x
≠
1时,用数学归纳法可以证明
f
n
(
x
)<
g
n
(
x
).
①当
n
=2时,
f
2
(
x
)-
g
2
(
x
)=-
(1-
x
)
2
<0,所以
f
2
(
x
)<
g
2
(
x
)成立.
②假设
n
=
k
(
k
≥
2)时,不等式成立,即
f
k
(
x
)<
g
k
(
x
).
那么,当
n
=
k
+1时,
f
k
+1
(
x
)=
f
k
(
x
)+
x
k
+1
<
g
k
(
x
)+
x
k
+1
=
+
x
k
+1
=
.
又
g
k
+1
(
x
)-
=
,
令
h
k
(
x
)=
kx
k
+1
-(
k
+1)
x
k
+1(
x
>0),
则
h
'
k
(
x
)=
k
(
k
+1)
x
k
-
k
(
k
+1)
x
k
-1
=
k
(
k
+1)
x
k
-1
(
x
-1).
所以当0<
x
<1时,
h
'
k
(
x
)<0,
h
k
(
x
)在(0,1)上递减;
当
x
>1时,
h
'
k
(
x
)>0,
h
k
(
x
)在(1,+
∞
)上递增.
所以
h
k
(
x
)>
h
k
(1)=0,
从而
g
k
+1
(
x
)>
.
故
f
k
+1
(
x
)<
g
k
+1
(
x
),即
n
=
k
+1时不等式也成立.
由①和②知,对一切
n
≥
2的整数,都有
f
n
(
x
)<
g
n
(
x
).
解法三:由已知,记等差数列为{
a
k
},等比数列为{
b
k
},
k
=1,2,
…
,
n
+1.
则
a
1
=
b
1
=1,
a
n
+1
=
b
n
+1
=
x
n
,
所以
a
k
=1+(
k
-1)·
(2
≤
k
≤
n
),
b
k
=
x
k
-1
(2
≤
k
≤
n
),
令
m
k
(
x
)=
a
k
-
b
k
=1+
-
x
k
-1
,
x
>0(2
≤
k
≤
n
),
当
x
=1时,
a
k
=
b
k
,所以
f
n
(
x
)=
g
n
(
x
).
当
x
≠
1时,
m
‘
k
(
x
)=
·
nx
n
-1
-(
k
-1)
x
k
-2
=(
k
-1)
x
k
-2
(
x
n
-
k
+1
-1).
而2
≤
k
≤
n
,所以
k
-1>0,
n
-
k
+1
≥
1.
若0<
x
<1,
x
n
-
k
+1
<1,
m
‘
k
(
x
)<0;若
x
>1,
x
n
-
k
+1
>1,
m
’
k
(
x
)>0,从而
m
k
(
x
)在(0,1)上递减,在(1,+
∞
)上递增,
所以
m
k
(
x
)>
m
k
(1)=0,所以当
x
>0且
x
≠
1时,
a
k
>
b
k
(2
≤
k
≤
n
),
又
a
1
=
b
1
,
a
n
+1
=
b
n
+1
,故
f
n
(
x
)<
g
n
(
x
).
综上所述,当
x
=1时,
f
n
(
x
)=
g
n
(
x
);当
x
≠
1时,
f
n
(
x
)<
g
n
(
x
).
3.
(2015重庆,22,12分)在数列{
a
n
}中,
a
1
=3,
a
n
+1
a
n
+
λa
n
+1
+
μ
=0(
n
∈N
+
).
(1)若
λ
=0,
μ
=-2,求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)若
λ
=
(
k
0
∈N
+
,
k
0
≥
2),
μ
=-1,证明:2+
<
<2+
.
解析
(1)由
λ
=0,
μ
=-2,有
a
n
+1
a
n
=2
(
n
∈N
+
).若存在某个
n
0
∈N
+
,使得
=0,则由上述递推公式易
得
=0.重复上述过程可得
a
1
=0,此与
a
1
=3矛盾,所以对任意
n
∈N
+
,
a
n
≠
0.
从而
a
n
+1
=2
a
n
(
n
∈N
+
),即{
a
n
}是一个公比
q
=2的等比数列.
故
a
n
=
a
1
q
n
-1
=3·2
n
-1
.
(2)由
λ
=
,
μ
=-1,数列{
a
n
}的递推关系式变为
a
n
+1
a
n
+
a
n
+1
-
=0,变形为
a
n
+1
=
(
n
∈N
+
).
由上式及
a
1
=3>0,归纳可得
3=
a
1
>
a
2
>
…
>
a
n
>
a
n
+1
>
…
>0.
因为
a
n
+1
=
=
=
a
n
-
+
·
,
所以对
n
=1,2,
…
,
k
0
求和得
=
a
1
+(
a
2
-
a
1
)+
…
+(
-
)
=
a
1
-
k
0
·
+
·
>2+
·
=2+
.
另一方面,由上已证的不等式知
a
1
>
a
2
>
…
>
>
>2,得
=
a
1
-
k
0
·
+
·
<2+
·
=2+
.
综上,2+
<
<2+
.
4.
(2015湖北,22,14分)已知数列{
a
n
}的各项均为正数,
b
n
=
a
n
(
n
∈N
+
),e为自然对数的底数.
(1)求函数
f
(
x
)=1+
x
-e
x
的单调区间,并比较
与e的大小;
(2)计算
,
,
,由此推测计算
的公式,并给出证明;
(3)令
c
n
=(
a
1
a
2
…
a
n
,数列{
a
n
},{
c
n
}的前
n
项和分别记为
S
n
,
T
n
,证明:
T
n
0,即
x
<0时,
f
(
x
)单调递增;
当
f
'(
x
)<0,即
x
>0时,
f
(
x
)单调递减.
故
f
(
x
)的单调递增区间为(-
∞
,0),单调递减区间为(0,+
∞
).
当
x
>0时,
f
(
x
)<
f
(0)=0,即1+
x
0,
于是(
a
2
n
+1
-
a
2
n
)+(
a
2
n
-
a
2
n
-1
)>0.
①
但
<
,所以|
a
2
n
+1
-
a
2
n
|<|
a
2
n
-
a
2
n
-1
|.
②
由①,②知,
a
2
n
-
a
2
n
-1
>0,
由③,④知,
a
n
+1
-
a
n
=
.
于是
a
n
=
a
1
+(
a
2
-
a
1
)+(
a
3
-
a
2
)+
…
+(
a
n
-
a
n
-1
)
=1+
-
+
…
+
=1+
·
=
+
·
,
故数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=
+
·
.
因此
a
2
n
-
a
2
n
-1
=
=
.
③
因为{
a
2
n
}是递减数列,同理可得,
a
2
n
+1
-
a
2
n
<0,故
a
2
n
+1
-
a
2
n
=-
=
.
④
6
.(2014四川,19,12分)设等差数列{
a
n
}的公差为
d
,点(
a
n
,
b
n
)在函数
f
(
x
)=2
x
的图象上(
n
∈N
*
).
(1)若
a
1
=-2,点(
a
8
,4
b
7
)在函数
f
(
x
)的图象上,求数列{
a
n
}的前
n
项和
S
n
;
(2)若
a
1
=1,函数
f
(
x
)的图象在点(
a
2
,
b
2
)处的切线在
x
轴上的截距为2-
,求数列
的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)由已知得,
b
7
=
,
b
8
=
=4
b
7
,有
=4
×
=
.
解得
d
=
a
8
-
a
7
=2.
所以,
S
n
=
na
1
+
d
=-2
n
+
n
(
n
-1)=
n
2
-3
n
.
(2)函数
f
(
x
)=2
x
在(
a
2
,
b
2
)处的切线方程为
y
-
=(
ln 2)(
x
-
a
2
),
它在
x
轴上的截距为
a
2
-
.
由题意得,
a
2
-
=2-
,
解得
a
2
=2.
所以
d
=
a
2
-
a
1
=1.
从而
a
n
=
n
,
b
n
=2
n
.
所以
T
n
=
+
+
+
…
+
+
,
2
T
n
=
+
+
+
…
+
.
因此,2
T
n
-
T
n
=1+
+
+
…
+
-
=2-
-
=
.
所以,
T
n
=
.
评析
本题考查等差数列与等比数列的概念、等差数列与等比数列通项公式与前
n
项和、
导数的几何意义等基础知识,考查运算求解能力.
7.
(2014浙江,19,14分)已知数列{
a
n
}和{
b
n
}满足
a
1
a
2
a
3
…
a
n
=(
(
n
∈N
*
).若{
a
n
}为等比数列,且
a
1
=2,
b
3
=6+
b
2
.
(1)求
a
n
与
b
n
;
(2)设
c
n
=
-
(
n
∈N
*
).记数列{
c
n
}的前
n
项和为
S
n
.
(i)求
S
n
;
(ii)求正整数
k
,使得对任意
n
∈N
*
均有
S
k
≥
S
n
.
解析
(1)由
a
1
a
2
a
3
…
a
n
=(
,
b
3
-
b
2
=6,
知
a
3
=(
=8.
又由
a
1
=2,得公比
q
=2(
q
=-2舍去),所以数列{
a
n
}的通项为
a
n
=2
n
(
n
∈N
*
),
所以,
a
1
a
2
a
3
…
a
n
=
=(
)
n
(
n
+1)
.
故数列{
b
n
}的通项为
b
n
=
n
(
n
+1)(
n
∈N
*
).
(2)(i)由(1)知
c
n
=
-
=
-
(
n
∈N
*
),
所以
S
n
=
-
(
n
∈N
*
).
(ii)
c
1
=0,
c
2
>0,
c
3
>0,
c
4
>0,
当
n
≥
5时,
c
n
=
,
而
-
=
>0,
得
≤
<1,
所以,当
n
≥
5时,
c
n
<0.
综上,对任意
n
∈N
*
,恒有
S
4
≥
S
n
,故
k
=4.
考点一 数列求和
1.
(2016广东中山华侨中学3月模拟,4)已知等比数列{
a
n
}中,
a
2
·
a
8
=4
a
5
,等差数列{
b
n
}中,
b
4
+
b
6
=
a
5
,
则数列{
b
n
}的前9项和
S
9
等于
( )
A.9 B.18 C.36 D.72
A组 2016—2018年高考模拟·基础题组
三年模拟
答案 B
∵
a
2
·
a
8
=4
a
5
,即
=4
a
5
,∴
a
5
=4,∴
a
5
=
b
4
+
b
6
=2
b
5
=4,∴
b
5
=2.
∴
S
9
=9
b
5
=18,故选B.
2.
(2016山东德州模拟)数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=
n
cos
,其前
n
项和为
S
n
,则
S
2 016
等于
( )
A.1 008 B.2 016 C.504 D.0
答案 A
易知
a
1
=cos
=0,
a
2
=2cos π=-2,
a
3
=0,
a
4
=4,
……
.
所以数列{
a
n
}的所有奇数项为0,前2 016项中所有偶数项(共1 008项)依次为-2,4,-6,8,
…
,-2 014,
2 016.故
S
2 016
=0+(-2+4)+(-6+8)+
…
+(-2 014+2 016)=1 008.
3.
(2018河南信阳二模,17)已知数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,且
a
1
=2,2
S
n
=(
n
+1)
2
a
n
-
n
2
a
n
+1
,数列{
b
n
}满足
b
1
=
a
1
,
nb
n
+1
=
a
n
b
n
.
(1)求数列{
a
n
}和{
b
n
}的通项公式;
(2)若数列{
c
n
}满足
c
n
=
a
n
+
b
n
(
n
∈N
*
),求数列{
c
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)由2
S
n
=(
n
+1)
2
a
n
-
n
2
a
n
+1
,
可得2
S
n
+1
=(
n
+2)
2
a
n
+1
-(
n
+1)
2
a
n
+2
,
两式相减可得:2
a
n
+1
=(
n
+2)
2
a
n
+1
-(
n
+1)
2
a
n
+2
-(
n
+1)
2
a
n
+
n
2
a
n
+1
,
∴2
a
n
+1
=
a
n
+2
+
a
n
,∴数列{
a
n
}是等差数列,
又由2
S
1
=2
2
a
1
-
a
2
,
a
1
=2,解得
a
2
=4.
∴
d
=4-2=2.∴
a
n
=2+2(
n
-1)=2
n
.
由
nb
n
+1
=
a
n
b
n
,得
b
n
+1
=2
b
n
,又
b
1
=
a
1
=2,
∴数列{
b
n
}是等比数列,首项与公比都为2.
∴
b
n
=2
n
.
(2)
c
n
=
a
n
+
b
n
=2
n
+2
n
,
∴数列{
c
n
}的前
n
项和
T
n
=
+
=2
n
+1
+
n
2
+
n
-2.
4
.(2018广东深圳一模,17)设数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,
a
1
=2,
a
n
+1
=2+
S
n
(
n
∈N
*
).
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)设
b
n
=1+log
2
(
a
n
)
2
,求证:数列
的前
n
项和
T
n
<
.
解析
(1)因为
a
n
+1
=2+
S
n
(
n
∈N
*
),
所以
a
n
=2+
S
n
-1
(
n
≥
2).
所以
a
n
+1
-
a
n
=
S
n
-
S
n
-1
=
a
n
,
所以
a
n
+1
=2
a
n
(
n
≥
2),
又因为
a
2
=2+
a
1
=4,
a
1
=2,所以
a
2
=2
a
1
,
所以数列{
a
n
}是以2为首项,2为公比的等比数列,
则
a
n
=2·2
n
-1
=2
n
(
n
∈N
*
).
(2)证明:因
b
n
=1+log
2
(
a
n
)
2
,则
b
n
=2
n
+1.
则
=
,
所以
T
n
=
=
<
.
5
.(2018湖北武汉模拟,17)已知正数等比数列{
a
n
}的前
n
项和
S
n
满足:
S
n
+2
=
S
n
+
.
(1)求数列{
a
n
}的首项
a
1
和公比
q
;
(2)若
b
n
=
na
n
,求数列{
b
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)∵
S
n
+2
=
S
n
+
,
∴
S
3
=
S
1
+
,
S
4
=
S
2
+
,
两式相减得:
a
4
=
a
2
,
∴
q
2
=
,又
q
>0,则
q
=
.
又由
S
3
=
S
1
+
,可知:
a
1
+
a
2
+
a
3
=
a
1
+
,
∴
a
1
=
a
1
+
,∴
a
1
=1.
(2)由(1)知
a
n
=
.∴
b
n
=
,
∴
T
n
=1+
+
+
…
+
,
T
n
=
+
+
…
+
+
.
两式相减得
T
n
=1+
+
…
+
-
=2-
-
.∴
T
n
=4-
.
6
.(2018湖南长沙模拟,17)设
S
n
是数列{
a
n
}的前
n
项和,已知
a
1
=1,
S
n
=2-2
a
n
+1
.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)设
b
n
=(-1)
n
lo
a
n
,求数列{
b
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)∵
S
n
=2-2
a
n
+1
,
a
1
=1,
∴当
n
=1时,
S
1
=2-2
a
2
,得
a
2
=1-
=1-
=
;
当
n
≥
2时,
S
n
-1
=2-2
a
n
,
∴当
n
≥
2时,
a
n
=2
a
n
-2
a
n
+1
,即
a
n
+1
=
a
n
,
又
a
2
=
a
1
,
∴{
a
n
}是以1为首项,
为公比的等比数列.
∴数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=
.
∴
T
n
=
(2)由(1)知
b
n
=(-1)
n
(
n
-1),
∴
T
n
=0+1-2+3-
…
+(-1)
n
(
n
-1),
当
n
为偶数时,
T
n
=(-0+1)+(-2+3)+
…
+[-(
n
-2)+
n
-1]=
;
当
n
为奇数时,
T
n
=
T
n
+1
-
b
n
+1
=
-
n
=
,
7.
(2018广东广州一模,17)已知数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,数列
是首项为1,公差为2的等差数列.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)设数列{
b
n
}满足
+
+
…
+
=5-(4
n
+5)
,求数列{
b
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)由题意可得:
=1+2(
n
-1),可得:
S
n
=2
n
2
-
n
.
∴
n
≥
2时,
a
n
=
S
n
-
S
n
-1
=2
n
2
-
n
-[2(
n
-1)
2
-(
n
-1)]=4
n
-3.
n
=1时,
a
1
=1对上式也成立.∴
a
n
=4
n
-3(
n
∈N
*
).
(2)
+
+
…
+
=5-(4
n
+5)
,
∴
n
≥
2时,
+
+
…
+
=5-(4
n
+1)
,
相减可得:
=(4
n
-3)
×
(
n
≥
2),
又
=
满足上式,
∴
=(4
n
-3)
×
(
n
∈N
*
).
∴
b
n
=2
n
.∴数列{
b
n
}的前
n
项和
T
n
=
=2
n
+1
-2.
8.
(2017豫南九校2月联考,18)已知数列{
a
n
}是等差数列,
a
1
=1,
a
2
+
a
3
+
…
+
a
10
=144.
(1)求数列{
a
n
}的通项;
(2)若
b
n
=
,设
S
n
是数列{
b
n
}的前
n
项和,若
n
≥
3时,有
S
n
≥
m
恒成立,求实数
m
的最大值.
解析
(1)∵等差数列{
a
n
}中,
a
2
+
a
3
+
…
+
a
10
=144,
a
1
=1,
∴9+45
d
=144,∴
d
=3.
∴数列{
a
n
}的通项
a
n
=3
n
-2(
n
∈N
*
).
(2)
b
n
=
=
=
,
所以
S
n
=
b
1
+
b
2
+
…
+
b
n
=
=
=
.
因为
y
=
=
-
(
x
≥
3)是增函数,
所以
S
n
≥
,则
m
≤
,故实数
m
的最大值是
.
考点二 数列的综合应用
1.
(2017河南洛阳3月模拟,4)已知等差数列{
a
n
}的公差和首项都不等于0,且
a
2
,
a
4
,
a
8
成等比数列,
则
=
( )
A.2 B.3 C.5 D.7
答案 B ∵
等差数列{
a
n
}中,
a
2
,
a
4
,
a
8
成等比数列,∴
=
a
2
a
8
,∴(
a
1
+3
d
)
2
=(
a
1
+
d
)(
a
1
+7
d
),∴
d
2
=
a
1
d
,
∵
d
≠
0,∴
d
=
a
1
,∴
=
=3.故选B.
2.
(2017安徽淮北二模,3)5个数依次组成等比数列,且公比为-2,则其中奇数项和与偶数项和的
比值为
( )
A.-
B.-2 C.-
D.-
答案 C
由题意可设这5个数分别为
a
,-2
a
,4
a
,-8
a
,16
a
,故奇数项和与偶数项和的比值为
=-
,故选C.
3
.(2018山西太原一模,15)在数列{
a
n
}中,
a
1
=0,
a
n
-
a
n
-1
-1=2(
n
-1)(
n
∈N
*
,
n
≥
2),若数列{
b
n
}满足
b
n
=
n
×
,则数列{
b
n
}的最大项为第
项.
答案
6
解析
因为
a
n
-
a
n
-1
-1=2(
n
-1)(
n
∈N
*
,
n
≥
2),所以
a
n
-
a
n
-1
=2
n
-1(
n
∈N
*
,
n
≥
2),所以根据叠加法得
a
n
=(2
n
-1)+(2
n
-3)+
…
+3+
a
1
=
n
2
-1(
n
≥
2),又
n
=1时,
a
1
=0满足上式,所以
a
n
=
n
2
-1(
n
∈N
*
),所以
b
n
=
n
(
n
+1)
×
,因为
=
,所以当
n
≤
5时,
b
n
+1
>
b
n
,当
n
≥
6时,
b
n
+1
<
b
n
,因此数列{
b
n
}的最大项为第6项.
4
.(2018福建福州六校4月联考,17)已知数列{
a
n
}的前
n
项和
S
n
=
,等比数列{
b
n
}的前
n
项和为
T
n
,若
b
1
=
a
1
+1,
b
2
-
a
2
=2.
(1)求数列{
a
n
},{
b
n
}的通项公式;
(2)求满足
T
n
+
a
n
>300的最小的
n
值.
解析
(1)
a
1
=
S
1
=1,
n
>1时,
a
n
=
S
n
-
S
n
-1
=
-
=
n
,
又
n
=1时,
a
1
=
n
成立,∴
a
n
=
n
(
n
∈N
*
),
则由题意可知
b
1
=2,
b
2
=4,
∴{
b
n
}的公比
q
=
=2,∴
b
n
=2
n
(
n
∈N
*
).
(2)
T
n
=
=2(2
n
-1),
T
n
+
a
n
=2(2
n
-1)+
n
,
∴
T
n
+
a
n
随
n
增大而增大,
又
T
7
+
a
7
=2
×
127+7=261<300,
T
8
+
a
8
=2
×
255+8=518>300,
∴所求最小的
n
值为8.
5.
(2018湖南衡阳模拟,17)已知函数
f
(
x
)=
x
2
+
x
+
c
(
c
为常数),且
x
∈
时,
f
(
x
)的最大值为-
,数
列{
a
n
}的首项
a
1
=
,点(
a
n
,
a
n
+1
)在函数
f
(
x
)的图象上,其中
n
≥
1,
n
∈N.
(1)证明:数列
是等比数列;
(2)记
R
n
=
·
·
…
·
,求
R
n
.
解析
(1)证明:
f
(
x
)=
x
2
+
x
+
c
(
c
为常数),∴
f
'(
x
)=2
x
+1,
当
x
∈
时,
f
'(
x
)
≥
0,
f
(
x
)单调递增,
∴
f
(
x
)
max
=
f
(0)=
c
=-
.
∴
f
(
x
)=
x
2
+
x
-
,
又点(
a
n
,
a
n
+1
)在函数
f
(
x
)的图象上,
∴
a
n
+1
=
+
a
n
-
,即
a
n
+1
+
=
,
由
a
1
=
,可得
a
n
+
>0,
∴lg
=2lg
.
又lg
=lg 2
≠
0,
∴数列
是首项为lg 2,公比为2的等比数列.
(2)由(1)知,lg
=2
n
-1
·lg 2=lg
,∴
a
n
+
=
,
则
R
n
=
·
·
·
…
·
=
=
.
6
.(2017福建漳州八校2月联考,18)已知递增的等比数列{
a
n
}满足:
a
2
+
a
3
+
a
4
=28,且
a
3
+2是
a
2
和
a
4
的
等差中项.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)若
b
n
=
a
n
lo
a
n
,
S
n
=
b
1
+
b
2
+
…
+
b
n
,求使
S
n
+
n
·2
n
+1
>62成立的正整数
n
的最小值.
解析
(1)由题意,得
解得
或
由于{
a
n
}是递增数列,所以
a
1
=2,
q
=2,所以数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=2·2
n
-1
=2
n
.
(2)∵
b
n
=
a
n
lo
a
n
=2
n
·lo
2
n
=-
n
·2
n
,
∴
S
n
=
b
1
+
b
2
+
…
+
b
n
=-(1
×
2+2
×
2
2
+
…
+
n
·2
n
),①
则2
S
n
=-(1
×
2
2
+2
×
2
3
+
…
+
n
·2
n
+1
),②
②-①,得
S
n
=(2+2
2
+
…
+2
n
)-
n
·2
n
+1
=2
n
+1
-2-
n
·2
n
+1
,
则
S
n
+
n
·2
n
+1
=2
n
+1
-2,解2
n
+1
-2>62,得
n
>5,∴
n
的最小值为6.
方法点拨
求等比数列的通项公式
,
关键是求出首项和公比
,
一般用首项
a
1
和公比
q
表示出已
知
,
然后解出即可
.
1.
(2018河北唐山二模,8)设{
a
n
}是任意等差数列,它的前
n
项和、前2
n
项和与前4
n
项和分别为
X
,
Y
,
Z
,则下列等式中恒成立的是
( )
A.2
X
+
Z
=3
Y
B.4
X
+
Z
=4
Y
C.2
X
+3
Z
=7
Y
D.8
X
+
Z
=6
Y
B组 2016—2018年高考模拟·综合题组
(
时间:60分钟 分值:85分)
一、选择题(每题5分,共10分)
答案 D
设等差数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,
S
n
=
An
2
+
Bn
,则
X
=
An
2
+
Bn
,
Y
=4
An
2
+2
Bn
,
Z
=16
An
2
+4
Bn
,
于是8
X
+
Z
-6
Y
=8(
An
2
+
Bn
)+16
An
2
+4
Bn
-6(4
An
2
+2
Bn
)=0,所以8
X
+
Z
=6
Y
,因此D正确.经过代入验证
可得:2
X
+
Z
≠
3
Y
,4
X
+
Z
≠
4
Y
,2
X
+3
Z
≠
7
Y
,故选D.
思路分析
设等差数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,
S
n
=
An
2
+
Bn
,可得
X
=
An
2
+
Bn
,
Y
=4
An
2
+2
Bn
,
Z
=16
An
2
+4
Bn
,代入各项验证即可.
2
.(2017河南洛阳3月模拟,7)意大利著名数学家斐波那契在研究兔子繁殖问题时,发现有这样
一列数:1,1,2,3,5,8,13,
…
.该数列的特点是:前两个数都是1,从第三个数起,每一个数都等于它前
面两个数的和,人们把这样的一列数所组成的数列{
a
n
}称为“斐波那契数列”,则(
a
1
a
3
-
)(
a
2
a
4
-
)(
a
3
a
5
-
)
…
(
a
2 015
a
2 017
-
)=
( )
A.1 B.-1 C.2 017 D.-2 017
答案 B
∵
a
1
a
3
-
=1
×
2-1
2
=1,
a
2
a
4
-
=1
×
3-2
2
=-1,
a
3
a
5
-
=2
×
5-3
2
=1,
……
,
a
2 015
a
2 017
-
=1,
∴(
a
1
a
3
-
)(
a
2
a
4
-
)(
a
3
a
5
-
)
…
(
a
2 015
a
2 017
-
)=1
1 008
×
(-1)
1 007
=-1.故选B.
3
.(2017河北“五个一名校联盟”二模,16)已知数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
,
S
n
=
n
2
+2
n
,
b
n
=
a
n
a
n
+1
cos(
n
+1)π,数列{
b
n
}的前
n
项和为
T
n
,若
T
n
≥
tn
2
对
n
∈N
*
恒成立,则实数
t
的取值范围是
.
二、填空题(每题5分,共15分)
答案
(-
∞
,-5]
解析
n
=1
时
,
a
1
=3;
n
≥
2
时
,
a
n
=
S
n
-
S
n
-1
=
n
2
+2
n
-[(
n
-1)
2
+2(
n
-1)]=2
n
+1,
当
n
=1
时上式也成立
,∴
a
n
=2
n
+
1(
n
∈N
*
).
∴
b
n
=
a
n
a
n
+1
cos(
n
+1)
π=(2
n
+1)(2
n
+3)cos(
n
+1)
π,
当
n
为奇数时
,cos(
n
+1)
π=1;
当
n
为偶数时
,cos(
n
+1)
π=-1.
因此,
n
为奇数时,
T
n
=3
×
5-5
×
7+7
×
9-9
×
11+
…
+(2
n
+1)(2
n
+3)=3
×
5+4
×
(7+11+
…
+2
n
+1)=15+4
×
=2
n
2
+6
n
+7.
∵
T
n
≥
tn
2
,
∴2
n
2
+6
n
+7
≥
tn
2
,∴
t
≤
+
+2=7
+
,∴
t
<2.
n
为偶数时,
T
n
=3
×
5-5
×
7+7
×
9-9
×
11+
…
-(2
n
+1)(2
n
+3)
=-4
×
(5+9+13+
…
+2
n
+1)=-2
n
2
-6
n
.
∵
T
n
≥
tn
2
,
∴-2
n
2
-6
n
≥
tn
2
,∴
t
≤
-2-
,∴
t
≤
-5.
思路分析
先求出
a
n
,进而得
b
n
,分析
b
n
的结构,对
n
分奇数和偶数求
T
n
,进而利用分离参数法转化
为求最值问题.
综上可得:
t
≤
-5.
4
.(2016湖北华师一附中3月联考,16)数列{
a
n
}满足
a
1
=1,
na
n
+1
=(
n
+1)
a
n
+
n
(
n
+1),且
b
n
=
a
n
cos
,记
S
n
为数列{
b
n
}的前
n
项和,则
S
120
=
.
答案
7 280
解析
由
na
n
+1
=(
n
+1)
a
n
+
n
(
n
+1)得
=
+1,所以数列
是以1为公差的等差数列,又
=1,所
以
=
n
,即
a
n
=
n
2
,所以
b
n
=
n
2
cos
,所以
S
120
=-
×
1
2
-
×
2
2
+3
2
-
×
4
2
-
×
5
2
+6
2
-
…
+120
2
=-
(1
2
+2
2
-2
×
3
2
+4
2
+5
2
-2
×
6
2
+
…
-2
×
120
2
)
=-
[(1
2
+2
2
+3
2
+
…
+120
2
)-3
×
(3
2
+6
2
+9
2
+
…
+120
2
)]
=
×
3
×
9
×
(1
2
+2
2
+
…
+40
2
)-
×
(1
2
+2
2
+3
2
+
…
+120
2
)
=
×
3
×
9
×
-
×
=7 280.
思路分析
由已知可得:
-
=1,利用等差数列通项公式可得
,进而求出
a
n
,从而得
b
n
=
a
n
-
cos
=
n
2
cos
,利用三角函数的周期性及分组求和法即可求出
S
120
.
5.
(2016湖北优质高中联考,16)已知
a
n
=3
n
(
n
∈N
*
),记数列{
a
n
}的前
n
项和为
T
n
,若对任意的
n
∈N
*
,
k
≥
3
n
-6恒成立,则实数
k
的取值范围是
.
答案
k
≥
解析
T
n
=
=-
+
,所以
T
n
+
=
,则原不等式可以转化为
k
≥
=
恒成
立,令
f
(
n
)=
,当
n
=1时,
f
(
n
)=-
,当
n
=2时,
f
(
n
)=0,当
n
=3时,
f
(
n
)=
,当
n
=4时,
f
(
n
)=
,即
f
(
n
)是
先增后减,当
n
=3时,取得最大值
,所以
k
≥
.
思路分析
先求出
T
n
+
,再利用分离参数法将原不等式进行转化,从而使问题化为求函数最值
问题,进而求解.
6.
(2018安徽安庆二模,17)已知公差不为0的等差数列{
a
n
}的首项
a
1
=2,且
a
1
+1,
a
2
+1,
a
4
+1成等比数列.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)设
b
n
=
,
n
∈N
*
,
S
n
是数列{
b
n
}的前
n
项和,求使
S
n
<
成立的最大的正整数
n
.
三、解答题(共60分)
解析
(1)设{
a
n
}的公差为
d
.
由
a
1
+1,
a
2
+1,
a
4
+1成等比数列,
可得(
a
2
+1)
2
=(
a
1
+1)(
a
4
+1),又
a
1
=2,
∴(3+
d
)
2
=3(3+3
d
),解得
d
=3(
d
=0舍去),
则
a
n
=
a
1
+(
n
-1)
d
=2+3(
n
-1)=3
n
-1.
(2)
b
n
=
=
=
,
S
n
=
=
=
,
则
S
n
<
即
<
,解得
n
<12,
则所求最大的正整数
n
为11.
方法总结
常见裂项相消的结构有:①
=
(
n
∈N
*
),其中{
a
n
}为公差不是0的等
差数列;②
=
-
(
n
∈N
*
);③
=
-
(
n
∈N
*
).
思路分析
(1)由等比中项的性质列方程解得公差,然后结合等差数列的通项公式即可得
a
n
.
(2)求出
b
n
,运用裂项相消法求和得
S
n
,进而解相应不等式可得
n
的最大值.
7
.(2018安徽淮南一模,17)已知数列{
a
n
}为等差数列,且
a
3
=5,
a
5
=9,数列{
b
n
}的前
n
项和为
S
n
=
b
n
+
.
(1)求数列{
a
n
}和{
b
n
}的通项公式;
(2)设
c
n
=
a
n
|
b
n
|,求数列{
c
n
}的前
n
项和
T
n
.
解析
(1)∵数列{
a
n
}为等差数列,且
a
3
=5,
a
5
=9,
∴
d
=
=
=2,
∴
a
1
=
a
3
-2
d
=5-4=1,
∴
a
n
=1+(
n
-1)
×
2=2
n
-1.
∵数列{
a
n
}的前
n
项和为
S
n
=
b
n
+
,
∴
n
=1时,
S
1
=
b
1
+
,由
S
1
=
b
1
,解得
b
1
=1,
当
n
≥
2时,
b
n
=
S
n
-
S
n
-1
=
b
n
-
b
n
-1
,
-
T
n
=1+2(2+2
2
+
…
+2
n
-1
)-(2
n
-1)·2
n
=1+2
×
-(2
n
-1)·2
n
=1+2
n
+1
-4-(2
n
-1)·2
n
=-3+(3-2
n
)·2
n
,
∴
T
n
=(2
n
-3)·2
n
+3.
易错警示
在利用错位相减法求和时,注意相减后的求和.如本题-
T
n
=1+2(2+2
2
+
…
+2
n
-1
)-(2
n
-1)·
2
n
中,对于2+2
2
+
…
+2
n
-1
的求解,用
S
n
=
(
q
≠
1)更好一些.
∴
b
n
=-2
b
n
-1
,∴{
b
n
}是首项为1,公比为-2的等比数列,
∴
b
n
=(-2)
n
-1
.
(2)
c
n
=
a
n
|
b
n
|=(2
n
-1)·2
n
-1
,
∴数列{
c
n
}的前
n
项和
T
n
=1
×
1+3
×
2+5
×
2
2
+
…
+(2
n
-1)
×
2
n
-1
,
∴2
T
n
=1
×
2+3
×
2
2
+5
×
2
3
+
…
+(2
n
-1)
×
2
n
,
两式相减,得:
8
.(2018河南洛阳二模,17)已知等差数列{
a
n
}的公差
d
≠
0,且
a
3
=5,
a
1
,
a
2
,
a
3
成等比数列.
(1)求数列{
a
n
}的通项公式;
(2)设
b
n
=
,
S
n
是数列{
b
n
}的前
n
项和,若对任意正整数
n
,不等式2
S
n
+(-1)
n
+1
·
a
>0恒成立,求
实数
a
的取值范围.
解析
(1)因为
a
3
=5,
a
1
,
a
2
,
a
5
成等比数列,所以
解得
a
1
=1,
d
=2,
所以数列{
a
n
}的通项公式为
a
n
=2
n
-1.
(2)因为
b
n
=
=
=
=
=
,
所以
S
n
=
b
1
+
b
2
+
…
+
b
n
=
+
+
…
+
=
,
依题意,对任意正整数
n
,不等式1-
+(-1)
n
+1
a
>0,
当
n
为奇数时,1-
+(-1)
n
+1
a
>0即
a
>-1+
,
所以
a
>-
;
当
n
为偶数时,1-
+(-1)
n
+1
a
>0即
a
<1-
,
所以
a
<
.
所以实数
a
的取值范围是
.
解题关键
第(2)问属于不等式恒成立求参数范围问题,求出具体的不等式后,对
n
分奇偶,进而
分离参数求相应式子的最值是解题关键.
9.
(2018河北唐山一模,17)已知数列{
a
n
}为单调递增数列,
S
n
为其前
n
项和,2
S
n
=
+
n
.
(1)求{
a
n
}的通项公式;
(2)若
b
n
=
,
T
n
为数列{
b
n
}的前
n
项和,证明:
T
n
<
.
解析
(1)当
n
=1时,2
S
1
=2
a
1
=
+1,所以(
a
1
-1)
2
=0,即
a
1
=1,
又{
a
n
}为单调递增数列,所以
a
n
≥
1.
由2
S
n
=
+
n
得2
S
n
+1
=
+
n
+1,
所以2
S
n
+1
-2
S
n
=
-
+1,则2
a
n
+1
=
-
+1,
所以
=(
a
n
+1
-1)
2
.
所以
a
n
=
a
n
+1
-1,即
a
n
+1
-
a
n
=1,
所以{
a
n
}是以1为首项,1为公差的等差数列,所以
a
n
=
n
.
(2)证明:
b
n
=
=
=
-
,所以
T
n
=
+
+
…
+
=
-
<
.
导师点睛
=
-
,平时学习中要注意积累可裂项的特殊式子.
10
.(2017山东济宁3月模拟,19)已知
S
n
是正项数列{
a
n
}的前
n
项和,且2
S
n
=
+
a
n
,等比数列{
b
n
}的
公比
q
>1,
b
1
=2,且
b
1
,
b
3
,
b
2
+10成等差数列.
(1)求数列{
a
n
}和{
b
n
}的通项公式;
(2)设
c
n
=
a
n
·
b
n
+(-1)
n
·
,记
T
2
n
=
c
1
+
c
2
+
c
3
+
…
+
c
2
n
,求
T
2
n
.
解析
(1)当
n
≥
2时,由题意得
2
S
n
-2
S
n
-1
=
-
+
a
n
-
a
n
-1
,
2
a
n
=
-
+
a
n
-
a
n
-1
,
-
-(
a
n
+
a
n
-1
)=0,
(
a
n
+
a
n
-1
)(
a
n
-
a
n
-1
-1)=0,
∵
a
n
+
a
n
-1
>0,∴
a
n
-
a
n
-1
=1,
当
n
=1时,2
a
1
=
+
a
1
,∵
a
1
>0,∴
a
1
=1,
∴数列{
a
n
}是首项为1,公差为1的等差数列,
∴
a
n
=1+(
n
-1)
×
1=
n
.
由
b
1
=2,2
b
3
=
b
1
+(
b
2
+10),得2
q
2
-
q
-6=0,解得
q
=2或
q
=-
(舍),∴
b
n
=
b
1
q
n
-1
=2
n
.
(2)由(1)得
c
n
=
n
·2
n
+(-1)
n
·
=
n
·2
n
+(-1)
n
,
∴
T
2
n
=(1
×
2+2
×
2
2
+
…
+2
n
·2
2
n
)+
-
+
-
+
…
+
=(1
×
2+2
×
2
2
+
…
+2
n
·
2
2
n
)+
,
记
W
2
n
=1
×
2+2
×
2
2
+
…
+2
n
·2
2
n
,
则2
W
2
n
=1
×
2
2
+2
×
2
3
+
…
+2
n
·2
2
n
+1
,
以上两式相减可得-
W
2
n
=2+2
2
+
…
+2
2
n
-2
n
·2
2
n
+1
=
-2
n
·2
2
n
+1
=(1-2
n
)·2
2
n
+1
-2,
∴
W
2
n
=(2
n
-1)·2
2
n
+1
+2,
∴
T
2
n
=
W
2
n
+
=(2
n
-1)·2
2
n
+1
+
+1.
思路分析
(1)利用2
S
n
=
+
a
n
得2
S
n
-1
=
+
a
n
-1
(
n
≥
2),两式相减,化简后得到
a
n
-
a
n
-1
=1(
n
≥
2),进而
可得数列{
a
n
}的通项公式;利用
b
1
,
b
3
,
b
2
+10成等差数列可得到2
q
2
-
q
-6=0,解方程即可得到公比
q
,
进而得到数列{
b
n
}的通项公式.(2)由(1)得数列{
c
n
}的通项公式,其前2
n
项和可通过错位相减法
和裂项相消法求得.