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文档介绍
2018届二轮复习数列的求和问题学案
第2讲 数列的求和问题 高考对数列求和的考查主要以解答题的形式出现,通过分组转化、错位相减、裂项相消等方法求一般数列的和,体现转化与化归的思想. 热点一 分组转化求和 有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并. 例1 (2017·山东省平阴县第一中学模拟)已知数列{an}是等差数列,其前n项和为Sn,数列{bn}是公比大于0的等比数列,且b1=-2a1=2,a3+b2=-1,S3+2b3=7. (1)求数列{an}和{bn}的通项公式; (2)令cn=求数列{cn}的前n项和Tn. 解 (1)设数列{an}的公差为d,{bn}的公比为q,且q>0, 由题易知, a1=-1,b1=2, 由得 解得q=2,此时d=-2, ∴an=-2n+1,bn=2n. (2)由(1)知,an=-2n+1,bn=2n, ∴cn= 当n为偶数时,奇数项和偶数项各有项, ∴Tn=(c1+c3+c5+…+cn-1)+(c2+c4+…+cn) =n+(c2+c4+…+cn), 令Hn=c2+c4+c6+…+cn, ∴Hn=+++…++, Hn=++…++, 以上两式相减,得 Hn=+++…+- =-- =-- =-, ∴Hn=-. 故当n为偶数时,Tn=+n-, 当n(n≥3)为奇数时,n-1为偶数, Tn=Tn-1+an=+(n-1)-+2 =+n-, 经验证,n=1也适合上式. 综上,得Tn= 思维升华 在处理一般数列求和时,一定要注意使用转化思想.把一般的数列求和转化为等差数列或等比数列进行求和,在求和时要分析清楚哪些项构成等差数列,哪些项构成等比数列,清晰正确地求解.在利用分组求和法求和时,由于数列的各项是正负交替的,所以一般需要对项数n进行讨论,最后再验证是否可以合并为一个公式. 跟踪演练1 (2017届广东省揭阳市模拟)已知数列{an}中,a1=1,an+1=+n+1. (1)求证:数列是等比数列; (2)求数列{an}的前n项和Sn. (1)证明 方法一 由已知得=2·+1, ∴+1=2, 又a1+1=2,an>0,∴+1≠0, ∴=2, ∴数列是首项为2,公比为2的等比数列. 方法二 由an+1=+n+1, 得nan+1=2(n+1)an+n(n+1), 由a1>0及递推关系,可知an>0, ∴+1≠0, ∴= ==2, 又∵a1=1,∴+1=2, ∴数列是首项为2,公比为2的等比数列. (2)解 由(1)得+1=2·2n-1=2n, ∴an=n·2n-n, Sn=2+2×22+3×23+…+(n-1)2n-1+n×2n-[1+2+3+…+(n-1)+n], 设Tn=2+2×22+3×23+…+(n-1)2n-1+n×2n, ① 则2Tn=22+2×23+3×24+…+(n-1)2n+n×2n+1, ② 由①-②,得 -Tn=2+22+23+…+2n-n·2n+1 =-n·2n+1=-(n-1)2n+1-2, ∴Tn=(n-1)2n+1+2, 又1+2+3+…+(n-1)+n=, ∴Sn=(n-1)2n+1-+2. 热点二 错位相减法求和 错位相减法是在推导等比数列的前n项和公式时所用的方法,这种方法主要用于求数列{an·bn}的前n项和,其中{an},{bn}分别是等差数列和等比数列. 例2 (2017·山西省实验中学联考)已知数列{an}为等差数列,且a3=5,a5=9,数列{bn}的前n项和Sn=bn+. (1)求数列{an}和{bn}的通项公式; (2)设cn=an|bn|,求数列{cn}的前n项的和Tn. 解 (1)因为数列{an}为等差数列, 所以d=(a5-a3)=2, 又因为a3=5,所以a1=1,所以an=2n-1. 当n=1时,b1=b1+,所以b1=1; 当n≥2时,bn=Sn-Sn-1=bn-bn-1, 所以bn=-2bn-1, 即数列{bn}是首项为1,公比为-2的等比数列, 所以bn=(-2)n-1. (2)因为cn=an|bn|=(2n-1)2n-1, 所以Tn=1×1+3×2+5×22+…+(2n-1)2n-1, 2Tn=1×2+3×22+5×23+…+(2n-1)2n, 两式相减,得 -Tn=1×1+2×2+2×22+…+2×2n-1-(2n-1)2n =1+2(2+22+…+2n-1)-(2n-1)2n =1+2×-(2n-1)2n =1+2n+1-4-(2n-1)2n=-3+(3-2n)2n, 所以Tn=3+(2n-3)2n. 思维升华 (1)错位相减法适用于求数列{an·bn}的前n项和,其中{an}为等差数列,{bn}为等比数列. (2)所谓“错位”,就是要找“同类项”相减.要注意的是相减后得到部分求等比数列的和,此时一定要查清其项数. (3)为保证结果正确,可对得到的和取n=1,2进行验证. 跟踪演练2 (2017届湖南省衡阳市期末)数列{an}的前n项和Sn满足:Sn=n2,数列{bn}满足:①b3=;②bn>0;③2b+bn+1bn-b=0. (1)求数列{an}与{bn}的通项公式; (2)设cn=anbn,求数列{cn}的前n项和Tn. 解 (1)当n=1时,a1=1, 当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-1(n∈N*), 检验a1=1,满足an=2n-1(n∈N*). ∵2b+bn+1bn-b=0, 且bn >0,∴2bn+1=bn, ∴q=,b3=b1q2=, ∴b1=1,bn=n-1 (n∈N*). (2)由(1)得cn=(2n-1)n-1, Tn=1+3×+5×2+…+(2n-1)n-1, Tn=1×+3×2+…+(2n-3)n-1+(2n-1)×n, 两式相减,得Tn=1+2×+2×2+…+2×n-1-(2n-1)×n =1+2-(2n-1)×n =3-n-1. ∴Tn=6-n-1(2n+3). 热点三 裂项相消法求和 裂项相消法是指把数列和式中的各项分别裂开后,某些项可以相互抵消从而求和的方法,主要适用于或(其中{an}为等差数列)等形式的数列求和. 例3 (2017届山东省青岛市二模)在公差不为0的等差数列{an}中,a=a3+a6,且a3为a1与a11的等比中项. (1)求数列{an}的通项公式; (2)设bn=(-1)n,求数列{bn}的前n项和Tn. 解 (1)设数列{an}的公差为d, ∵a=a3+a6, ∴(a1+d)2=a1+2d+a1+5d, ① ∵a=a1·a11, 即(a1+2d)2=a1·(a1+10d), ② ∵d≠0,由①②解得a1=2,d=3. ∴数列{an}的通项公式为an=3n-1. (2)由题意知, bn=(-1)n =(-1)n·· =(-1)n·· Tn= =. 思维升华 (1)裂项相消法的基本思想就是把通项an分拆成an=bn+k-bn(k≥1,k∈N*)的形式,从而在求和时达到某些项相消的目的,在解题时要善于根据这个基本思想变换数列{an}的通项公式,使之符合裂项相消的条件. (2)常用的裂项公式 ①若{an}是等差数列,则= ,= ; ②=-,=; ③=; ④=; ⑤=-,=(-). 跟踪演练3 已知数列{an}满足:++…+= (n∈N*). (1)求数列{an}的通项公式; (2)若bn=anan+1,Sn为数列{bn}的前n项和,对于任意的正整数n,Sn>2λ-恒成立,求实数λ的取值范围. 解 (1)由题意,得当n=1时,=,则a1=2. 当n≥2时,++…+=, 则++…+=, 两式相减,得=-=, 即an=,当n=1时,也符合上式,则an=. (2)由(1),得 bn=anan+1=· = =2, 所以Sn=2 =2·, 则n越大,越小,Sn越大,即当n=1时,Sn有最小值S1=. 因为对于任意的正整数n,Sn >2λ-恒成立, 所以>2λ-,解得λ<, 故实数λ的取值范围是. 真题体验 1.(2017·全国Ⅱ)等差数列{an}的前n项和为Sn,a3=3,S4=10,则=________. 答案 解析 设等差数列{an}的公差为d,则 由得 ∴Sn=n×1+×1=, ==2. ∴=+++…+ =2 =2=. 2.(2017·天津)已知{an}为等差数列,前n项和为Sn(n∈N*),{bn}是首项为2的等比数列,且公比大于0,b2+b3=12,b3=a4-2a1,S11=11b4. (1)求{an}和{bn}的通项公式; (2)求数列{a2nb2n-1}的前n项和(n∈N*). 解 (1)设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q. 由已知b2+b3=12,得b1(q+q2)=12,而b1=2, 所以q2+q-6=0. 又因为q>0,解得q=2,所以bn=2n. 由b3=a4-2a1,可得3d-a1=8, ① 由S11=11b4,可得a1+5d=16, ② 联立①②,解得a1=1,d=3,由此可得an=3n-2. 所以数列{an}的通项公式为an=3n-2,数列{bn}的通项公式为bn=2n. (2)设数列{a2nb2n-1}的前n项和为Tn,由a2n=6n-2,b2n-1=2×4n-1,得a2nb2n-1=(3n-1)×4n,故 Tn=2×4+5×42+8×43+…+(3n-1)×4n, ③ 4Tn=2×42+5×43+8×44+…+(3n-4)×4n+(3n-1)×4n+1, ④ ③-④,得-3Tn=2×4+3×42+3×43+…+3×4n-(3n-1)×4n+1 =-4-(3n-1)×4n+1 =-(3n-2)×4n+1-8, 得Tn=×4n+1+. 所以数列{a2nb2n-1}的前n项和为×4n+1+. 押题预测 1.已知数列{an}的通项公式为an=,其前n项和为Sn,若存在M∈Z,满足对任意的n∈N*,都有Sn3, 即>3. 解得
0, ∵S3=b5+1=7,∴a1+a1q+a1q2=7, ① 又b4是a2和a4的等比中项, ∴a2a4=a=b=16, 解得a3=a1q2=4, ② 由①②得3q2-4q-4=0, 解得q=2或q=-(舍去), ∴a1=1,an=2n-1. (2)当n为偶数时, Tn=(1+1)×20+2×2+(3+1)×22+4×23+(5+1)×24+…+[(n-1)+1]×2n-2+n×2n-1 =(20+2×2+3×22+4×23+…+n×2n-1)+(20+22+…+2n-2), 设Hn=20+2×2+3×22+4×23+…+n×2n-1, ③ 则2Hn=2+2×22+3×23+4×24+…+n×2n, ④ 由③-④,得 -Hn=20+2+22+23+…+2n-1-n×2n =-n×2n=(1-n)×2n-1, ∴Hn=(n-1)×2n+1, ∴Tn=(n-1)×2n+1+=×2n+. 当n为奇数,且n≥3时, Tn=Tn-1+(n+1)×2n-1 =×2n-1++(n+1)×2n-1 =×2n-1+, 经检验,T1=2符合上式, ∴Tn=
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