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文档介绍
【数学】2020届一轮复习人教版等比数列及其前n项和学案
第3节 等比数列及其前n项和 考试要求 1.理解等比数列的概念,掌握等比数列的通项公式与前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.体会等比数列与指数函数的关系. 知 识 梳 理 1.等比数列的概念 (1)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个非零常数,那么这个数列叫做等比数列. 数学语言表达式:=q(n≥2,q为非零常数). (2)如果三个数a,G,b成等比数列,那么G叫做a与b的等比中项,其中G=±. 2.等比数列的通项公式及前n项和公式 (1)若等比数列{an}的首项为a1,公比是q,则其通项公式为an=a1qn-1; 通项公式的推广:an=amqn-m. (2)等比数列的前n项和公式:当q=1时,Sn=na1;当q≠1时,Sn==. 3.等比数列的性质 已知{an}是等比数列,Sn是数列{an}的前n项和. (1)若k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则有ak·al=am·an. (2)相隔等距离的项组成的数列仍是等比数列,即ak, ak+m,ak+2m,…仍是等比数列,公比为qm. (3)当q≠-1,或q=-1且n为奇数时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…仍成等比数列,其公比为qn. [微点提醒] 1.若数列{an}为等比数列,则数列{c·an}(c≠0),{|an|},{a},也是等比数列. 2.由an+1=qan,q≠0,并不能立即断言{an}为等比数列,还要验证a1≠0. 3.在运用等比数列的前n项和公式时,必须注意对q=1与q≠1分类讨论,防止因忽略q=1这一特殊情形而导致解题失误. 基 础 自 测 1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (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=.( ) (4)数列{an}为等比数列,则S4,S8-S4,S12-S8成等比数列.( ) 解析 (1)在等比数列中,q≠0. (2)若a=0,b=0,c=0满足b2=ac,但a,b,c不成等比数列. (3)当a=1时,Sn=na. (4)若a1=1,q=-1,则S4=0,S8-S4=0,S12-S8=0,不成等比数列. 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× 2.(必修5P53A1(2)改编)已知{an}是等比数列,a2=2,a5=,则公比q等于( ) A.- B.-2 C.2 D. 解析 由题意知q3==,即q=. 答案 D 3.(必修5P54A8改编)在9与243中间插入两个数,使它们同这两个数成等比数列,则这两个数为________. 解析 设该数列的公比为q,由题意知, 243=9×q3,q3=27,∴q=3. ∴插入的两个数分别为9×3=27,27×3=81. 答案 27,81 4.(2019·天津和平区质检)已知等比数列{an}满足a1=1,a3·a5=4(a4-1),则a7的值为( ) A.2 B.4 C. D.6 解析 根据等比数列的性质得a3a5=a,∴a=4(a4-1),即(a4-2)2=0,解得a4=2. 又∵a1=1,a1a7=a=4,∴a7=4. 答案 B 5.(2018·北京卷)“十二平均律”是通用的音律体系,明代朱载堉最早用数学方法计算出半音比例,为这个理论的发展做出了重要贡献.十二平均律将一个纯八度音程分成十二份,依次得到十三个单音,从第二个单音起,每一个单音的频率与它的前一个单音的频率的比都等于.若第一个单音的频率为f,则第八个单音的频率为( ) A.f B.f C.f D.f 解析 由题意知十三个单音的频率依次构成首项为f,公比为的等比数列,设此数列为{an},则a8=f,即第八个单音的频率为f. 答案 D 6.(2015·全国Ⅰ卷)在数列{an}中,a1=2,an+1=2an,Sn为{an}的前n项和.若Sn=126,则n=________. 解析 由an+1=2an,知数列{an}是以a1=2为首项,公比q=2的等比数列,由Sn==126,解得n=6. 答案 6 考点一 等比数列基本量的运算 【例1】 (1)(2017·全国Ⅲ卷)设等比数列{an}满足a1+a2=-1,a1-a3=-3,则a4=________. (2)等比数列{an}的各项均为实数,其前n项和为Sn,已知S3=,S6=,则a8=________. 解析 (1)由{an}为等比数列,设公比为q. 由得 显然q≠1,a1≠0, 得1-q=3,即q=-2,代入①式可得a1=1, 所以a4=a1q3=1×(-2)3=-8. (2)设数列{an}首项为a1,公比为q(q≠1), 则解得 所以a8=a1q7=×27=32. 答案 (1)-8 (2)32 规律方法 1.等比数列基本量的运算是等比数列中的一类基本问题,等比数列中有五个量a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”,通过列方程(组)便可迎刃而解. 2.等比数列的前n项和公式涉及对公比q的分类讨论,当q=1时,{an}的前n项和Sn=na1;当q≠1时,{an}的前n项和Sn==. 【训练1】 (1)等比数列{an}中各项均为正数,Sn是其前n项和,且满足2S3=8a1+3a2,a4=16,则S4=( ) A.9 B.15 C.18 D.30 (2)(2017·北京卷)若等差数列{an}和等比数列{bn}满足a1=b1=-1,a4=b4=8,则=________. 解析 (1)设数列{an}的公比为q(q>0), 则 解得q=2,a1=2,所以S4==30. (2){an}为等差数列,a1=-1,a4=8=a1+3d=-1+3d,∴d=3,∴a2=a1+d=-1+3=2.{bn}为等比数列,b1=-1,b4=8=b1·q3=-q3,∴q=-2,∴b2=b1·q =2,则==1. 答案 (1)D (2)1 考点二 等比数列的判定与证明 【例2】 已知数列{an}的前n项和Sn=1+λan,其中λ≠0. (1)证明{an}是等比数列,并求其通项公式; (2)若S5=,求λ. (1)证明 由题意得a1=S1=1+λa1,故λ≠1,a1=,a1≠0. 由Sn=1+λan,Sn+1=1+λan+1, 得an+1=λan+1-λan, 即an+1(λ-1)=λan, 由a1≠0,λ≠0得an≠0,所以=. 因此{an}是首项为,公比为的等比数列, 于是an=. (2)解 由(1)得Sn=1-. 由S5=,得1-=,即=. 解得λ=-1. 规律方法 1.证明一个数列为等比数列常用定义法与等比中项法,其他方法只用于选择题、填空题中的判定;若证明某数列不是等比数列,则只要证明存在连续三项不成等比数列即可. 2.在利用递推关系判定等比数列时,要注意对n=1的情形进行验证. 【训练2】 (2019·广东省级名校联考)已知Sn是数列{an}的前n项和,且满足Sn-2an=n-4. (1)证明:{Sn-n+2}为等比数列; (2)求数列{Sn}的前n项和Tn. (1)证明 因为an=Sn-Sn-1(n≥2), 所以Sn-2(Sn-Sn-1)=n-4(n≥2), 则Sn=2Sn-1-n+4(n≥2), 所以Sn-n+2=2[Sn-1-(n-1)+2](n≥2), 又由题意知a1-2a1=-3, 所以a1=3,则S1-1+2=4, 所以{Sn-n+2}是首项为4,公比为2等比数列. (2)解 由(1)知Sn-n+2=2n+1, 所以Sn=2n+1+n-2, 于是Tn=(22+23+…+2n+1)+(1+2+…+n)-2n =+-2n=. 考点三 等比数列的性质及应用 【例3】 (1)等比数列{an}的各项均为正数,且a5a6+a4a7=18,则log3a1+log3a2+…+log3a10=( ) A.12 B.10 C.8 D.2+log35 (2)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 解析 (1)由等比数列的性质知a5a6=a4a7,又a5a6+a4a7=18,所以a5a6=9,则原式=log3(a1a2…a10)=log3(a5a6)5=10. (2)数列S3,S6-S3,S9-S6,S12-S9是等比数列,即数列4,8,S9-S6,S12-S9是首项为4,公比为2的等比数列,则S9-S6=a7+a8+a9=16,S12-S9=a10+a11+a12=32,因此S12=4+8+16+32=60. 答案 (1)B (2)B 规律方法 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. 【训练3】 (1)(2019·菏泽质检)在等比数列{an}中,若a3,a7是方程x2+4x +2=0的两根,则a5的值是( ) A.-2 B.- C.± D. (2)(一题多解)设等比数列{an}的前n项和为Sn,若=3,则=________. 解析 (1)根据根与系数之间的关系得a3+a7=-4, a3a7=2,由a3+a7=-4<0,a3a7>0, 所以a3<0,a7<0,即a5<0, 由a3a7=a,得a5=-=-. (2)法一 由等比数列的性质S3,S6-S3,S9-S6仍成等比数列,由已知得S6=3S3, ∴=,即S9-S6=4S3,S9=7S3,∴=. 法二 因为{an}为等比数列,由=3,设S6=3a,S3=a(a≠0),所以S3,S6-S3,S9-S6为等比数列,即a,2a,S9-S6成等比数列,所以S9-S6=4a,解得S9=7a,所以==. 答案 (1)B (2) [思维升华] 1.等比数列基本量的运算是等比数列中的一类基本问题,数列中有五个量a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”,通过列方程(组)便可迎刃而解. 2.(1)方程思想:如求等比数列中的基本量. (2)分类讨论思想:如求和时要分q=1和q≠1两种情况讨论,判断单调性时对a1与q分类讨论. [易错防范] 1.特别注意q=1时,Sn=na1这一特殊情况. 2.Sn,S2n-Sn,S3n-S2n未必成等比数列(例如:当公比q=-1且n为偶数时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n不成等比数列;当q≠-1或q=-1时且n为奇数时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列),但等式(S2n-Sn)2=Sn·(S3n-S2n)总成立. 数学运算——等差(比)数列性质的应用 1.数学运算是指在明析运算对象的基础上,依据运算法则解决数学问题的素养.本系列数学运算主要表现为:理解数列问题,掌握数列运算法则,探究运算思路,求得运算结果.通过对数列性质的学习,发展数学运算能力,促进数学思维发展. 2.数学抽象是指能够在熟悉的情境中直接抽象出数学概念和规则,能够在特例的基础上归纳形成简单的数学命题,能够在解决相似的问题中感悟数学的通性通法,体会其中的数学思想. 类型1 等差数列两个性质的应用 在等差数列{an}中,Sn为{an}的前n项和: (1)S2n-1=(2n-1)an; (2)设{an}的项数为2n,公差为d,则S偶-S奇=nd. 【例1】 (1)等差数列{an}的前n项和为Sn,已知am-1+am+1-a=0,S2m-1=38,则m=________. (2)一个等差数列的前12项和为354,前12项中偶数项的和与奇数项的和的比为32∶27,则数列的公差d=________. 解析 (1)由am-1+am+1-a=0得2am-a=0,解得am=0或2. 又S2m-1==(2m-1)am=38, 显然可得am≠0,所以am=2. 代入上式可得2m-1=19,解得m=10. (2)设等差数列的前12项中奇数项和为S奇,偶数项的和为S偶,等差数列的公差为d. 由已知条件,得解得 又S偶-S奇=6d,所以d==5. 答案 (1)10 (2)5 类型2 等比数列两个性质的应用 在等比数列{an}中,(1)若m+n=p+q(m,n,p,q∈N*),则an·am=ap·aq;(2)当公比q≠-1时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…成等比数列(n∈N*). 【例2】 (1)等比数列{an}中,a4=2,a5=5,则数列{lg an}的前8项和等于( ) A.6 B.5 C.4 D.3 (2)设等比数列{an}中,前n项和为Sn,已知S3=8,S6=7,则a7+a8+a9等于( ) A. B.- C. D. 解析 (1)数列{lg an}的前8项和S8=lg a1+lg a2+…+lg a8=lg(a1·a2·…·a8)=lg(a1·a8)4=lg(a4·a5)4=lg(2×5)4=4. (2)因为a7+a8+a9=S9-S6,且S3,S6-S3,S9-S6也成等比数列,即8,-1,S9-S6成等比数列,所以8(S9-S6)=1,即S9-S6=,所以a7+a8+a9=. 答案 (1)C (2)A 类型3 等比数列前n项和Sn相关结论的活用 (1)项的个数的“奇偶”性质:等比数列{an}中,公比为q. 若共有2n项,则S偶∶S奇=q. (2)分段求和:Sn+m=Sn+qnSm(q为公比). 【例3】 (1)已知等比数列{an}共有2n项,其和为-240,且奇数项的和比偶数项的和大80,则公比q=________. (2)已知{an}是首项为1的等比数列,Sn是{an}的前n项和,且9S3=S6,则数列的前5项和为________. 解析 (1)由题意,得解得 所以q===2. (2)设等比数列{an}的公比q,易知S3≠0. 则S6=S3+S3q3=9S3,所以q3=8,q=2. 所以数列是首项为1,公比为的等比数列,其前5项和为=. 答案 (1)2 (2) 基础巩固题组 (建议用时:40分钟) 一、选择题 1.公比不为1的等比数列{an}满足a5a6+a4a7=18,若a1am=9,则m的值为( ) A.8 B.9 C.10 D.11 解析 由题意得,2a5a6=18,a5a6=9,∴a1am=a5a6=9, ∴m=10. 答案 C 2.已知各项均为正数的等比数列{an}中,a4与a14的等比中项为2,则2a7+a11的最小值为( ) A.16 B.8 C.2 D.4 解析 因为a4与a14的等比中项为2, 所以a4·a14=a7·a11=(2)2=8, 所以2a7+a11≥2=2=8, 所以2a7+a11的最小值为8. 答案 B 3.(2019·上海崇明区模拟)已知公比q≠1的等比数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,S3=3a3,则S5=( ) A.1 B.5 C. D. 解析 由题意得=3a1q2,解得q=-或q=1(舍),所以S5===. 答案 D 4.(2017·全国Ⅱ卷)我国古代数学名著《算法统宗》中有如下问题:“远望巍巍塔七层,红光点点倍加增,共灯三百八十一,请问尖头几盏灯?”意思是:一座7层塔共挂了381盏灯,且相邻两层中的下一层灯数是上一层灯数的2倍,则塔的顶层共有灯( ) A.1盏 B.3盏 C.5盏 D.9盏 解析 设塔的顶层的灯数为a1,七层塔的总灯数为S7,公比为q,则依题意S7=381,公比q=2.∴=381,解得a1=3. 答案 B 5.(2019·深圳一模)已知等比数列{an}的前n项和Sn=a·3n-1+b,则=( ) A.-3 B.-1 C.1 D.3 解析 ∵等比数列{an}的前n项和Sn=a·3n-1+b, ∴a1=S1=a+b,a2=S2-S1=3a+b-a-b=2a, a3=S3-S2=9a+b-3a-b=6a, ∵等比数列{an}中,a=a1a3, ∴(2a)2=(a+b)×6a,解得=-3. 答案 A 二、填空题 6.等比数列{an}中,各项都是正数,且a1,a3,2a2成等差数列,则=________. 解析 设{an}的公比为q.由题意得a1+2a2=a3,则a1(1+2q)=a1q2,q2-2q-1=0,所以q=1+(舍负). 则==-1. 答案 -1 7.已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足an+Sn=1(n∈N*),则通项an=________. 解析 ∵an+Sn=1,① ∴a1=,an-1+Sn-1=1(n≥2),② 由①-②,得an-an-1+an=0,即=(n≥2), ∴数列{an}是首项为,公比为的等比数列, 则an=×=. 答案 8.(2018·南京模拟)已知数列{an}中,a1=2,且=4(an+1-an)(n∈N*),则其前9项的和S9=________. 解析 由=4(an+1-an)得,a-4an+1an+4a=0, ∴(an+1-2an)2=0,=2,∴数列{an}是首项a1=2,公比为2的等比数列,∴S9==1 022. 答案 1 022 三、解答题 9.(2018·全国Ⅲ卷)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=. 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. 10.已知数列{an}中,点(an,an+1)在直线y=x+2上,且首项a1=1. (1)求数列{an}的通项公式; (2)数列{an}的前n项和为Sn,等比数列{bn}中,b1=a1,b2=a2,数列{bn}的前n项和为Tn,请写出适合条件Tn≤Sn的所有n的值. 解 (1)根据已知a1=1,an+1=an+2, 即an+1-an=2=d, 所以数列{an}是一个首项为1,公差为2的等差数列, an=a1+(n-1)d=2n-1. (2)数列{an}的前n项和Sn=n2. 等比数列{bn}中,b1=a1=1,b2=a2=3, 所以q=3,bn=3n-1. 数列{bn}的前n项和Tn==. Tn≤Sn即≤n2,又n∈N*,所以n=1或2. 能力提升题组 (建议用时:20分钟) 11.已知等比数列{an}的各项均为正数且公比大于1,前n项积为Tn,且a2a4=a3,则使得T1>1的n的最小值为( ) A.4 B.5 C.6 D.7 解析 ∵{an}是各项均为正数的等比数列,且a2a4=a3,∴a=a3,∴a3=1.又∵q>1,∴a1查看更多
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