2019届二轮复习　数列求和与综合问题学案（全国通用）

2019届二轮复习　数列求和与综合问题学案（全国通用）

第4讲　数列求和与综合问题 高考统计·定方向 热点题型 真题统计 命题规律 题型1：数列中的an与Sn的关系 ‎2018全国卷ⅠT14；2016全国卷ⅢT17；2015全国卷ⅡT16‎ 分析近五年全国卷发现高考命题有以下规律：‎ ‎1.数列求和常以an与Sn的关系为载体，重点考查分组转化求和、裂项相消求和、错位相减求和，难度中等.‎ ‎2.与函数、不等式综合考查，突出数学思想的应用.‎ 题型2：求数列{an}的前n项和 ‎2017全国卷ⅡT15；2016全国卷ⅡT17; 2015全国卷ⅠT17‎ 题型3：数列中的创新与交汇问题 ‎2017全国卷ⅠT12；2014全国卷ⅡT17‎ 题型1　数列中的an与Sn的关系 ‎(对应学生用书第22页)‎ ‎■核心知识储备·‎ ‎1．数列{an}中，an与Sn的关系 an＝ ‎2．求数列{an}通项的方法 ‎(1)叠加法 形如an－an－1＝f(n)(n≥2)的数列应用叠加法求通项公式，an＝a1＋(a2－a1)＋…＋(an－an－1)＝a1＋f(2)＋…＋f(n)(和可求)．‎ ‎(2)叠乘法 形如＝f(n)(n≥2)的数列应用叠乘法求通项公式，an＝a1···…·＝a1·f ‎(2)·f(3)…f(n)(积可求)．‎ ‎(3)待定系数法 形如an＝λan－1＋μ(n≥2，λ≠1，μ≠0)的数列应用待定系数法求通项公式，an＋＝λ .‎ ‎■高考考法示例·‎ ‎【例1】　(1)(2018·巴蜀适应性月考)数列{an}中，a1＝1，an＋1＝Sn＋3n(n∈N*，n≥1)，则数列{Sn}的通项公式为________．‎ ‎(2)(2018·锦州市模拟)已知数列{an}的前n项和为Sn，an≠0，a1＝1，且2anan＋1＝4Sn－3(n∈N*)．‎ ‎①求a2的值并证明：an＋2－an＝2；‎ ‎②求数列{an}的通项公式．‎ ‎(1)Sn＝3n－2n　[∵an＋1＝Sn＋3n＝Sn＋1－Sn，‎ ‎∴Sn＋1＝2Sn＋3n，‎ ‎∴＝·＋，‎ ‎∴－1＝，‎ 又－1＝－1＝－，‎ ‎∴数列是首项为－，公比为的等比数列，‎ ‎∴－1＝－×＝－，‎ ‎∴Sn＝3n－2n.]‎ ‎(2)[解]　①令n＝1得2a1a2＝4a1－3，‎ 又a1＝1，‎ ‎∴a2＝.‎ 由2anan＋1＝4Sn－3，‎ 得2an＋1an＋2＝4Sn＋1－3.‎ 即2an＋1(an＋2－an)＝4an＋1.‎ ‎∵an≠0，∴an＋2－an＝2.‎ ‎②由①可知：数列a1，a3，a5，…，a2k－1，…为等差数列，公差为2，首项为1，∴a2k－1＝1＋2(k－1)＝2k－1，即n为奇数时，an＝n.‎ 数列a2，a4，a6，…，a2k，…为等差数列，公差为2，首项为，‎ ‎∴a2k＝＋2(k－1)＝2k－，‎ 即n为偶数时，an＝n－.‎ 综上所述，an＝ ‎[方法归纳]　由Sn与an的递推关系求an的思路 ‎1．利用a1＝S1，求出a1.‎ ‎2．利用Sn－Sn－1＝an(n≥2)转化为an的递推关系，再求其通项公式；或者转化为Sn的递推关系，先求出Sn与n之间的关系，再求an.‎ 提醒：在利用an＝Sn－Sn－1(n≥2)求通项公式时，务必验证n＝1时的情形．看其是否可以与n≥2的表达式合并．‎ ‎■对点即时训练·‎ ‎1．数列{an}中，a1＝1，对任意n∈N*，有an＋1＝1＋n＋an，令bi＝(i∈N*)，则b1＋b2＋…＋b2 018＝(　　 )‎ A．　　　　 B． C． D． D　[∵an＋1＝n＋1＋an，∴an＋1－an＝1＋n，‎ ‎∴an－an－1＝n，‎ ‎∴an＝a1＋(a2－a1)＋…＋(an－an－1)‎ ‎＝1＋2＋…＋n＝，‎ ‎∴bn＝＝2，‎ ‎∴b1＋b2＋…＋b2 018＝21－＋－＋…＋－＝，故选D．]‎ ‎2．数列{an}满足，a1＋a2＋a3＋…＋an＝2n＋1，则数列{an}的通项公式为________．‎ an＝　[因为a1＋a2＋a3＋…＋an＝2n＋1，‎ 所以a1＋a2＋a3＋…＋an－1＝2(n－1)＋1，‎ 两式相减得an＝2，‎ 即an＝2n＋1，n≥2.‎ 又a1＝3，‎ 所以a1＝6，‎ 因此an＝]‎ 题型2　求数列{an}的前n项和 ‎(对应学生用书第23页)‎ ‎■核心知识储备·‎ ‎1．分组求和法：将数列通项公式写成cn＝an＋bn的形式，其中{an}与{bn}是等差(比)数列或一些可以直接求和的数列．‎ ‎2．裂项相消法：把数列与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．‎ ‎3．错位相减法：形如{an·bn}(其中{an}为等差数列，{bn}为等比数列)的数列求和，一般分六步：①Sn；②qSn；③差式；④和式；⑤整理；⑥结论．‎ ‎■高考考法示例·‎ ‎►角度一　分组求和法 ‎【例2－1】　(2018·昆明市教学质量检查)已知数列{an}中，a1＝3，{an}的前n项和Sn满足：Sn＋1＝an＋n2.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式；‎ ‎(2)设数列{bn}满足：bn＝(－1)n＋2an，求{bn}的前n项和Tn.‎ ‎[解]　(1)由Sn＋1＝an＋n2 ①‎ 得Sn＋1＋1＝an＋1＋(n＋1)2 ②‎ 则②－①得an＝2n＋1.当a1＝3时满足上式，‎ 所以数列{an}的通项公式为an＝2n＋1.‎ ‎(2)由(1)得bn＝(－1)n＋22n＋1，‎ 所以Tn＝b1＋b2＋…＋bn ‎＝＋(23＋25＋…＋22n＋1)＝＋＝＋(4n－1)．‎ ‎【教师备选】‎ ‎(2018·石家庄三模)已知等差数列{an}的首项a1＝2，前n项和为Sn，等比数列{bn}的首项b1＝1，且a2＝b3，S3＝6b2，n∈N*.‎ ‎(1)求数列{an}和{bn}的通项公式；‎ ‎(2)数列{cn}满足cn＝bn＋(－1)nan，记数列{cn}的前n项和为Tn，求Tn.‎ ‎[解]　(1)设数列{an}的公差为d，数列{bn}的公比为q.‎ ‎∵a1＝2，b1＝1，且a2＝b3，S3＝6b2，‎ ‎∴解得 ‎∴an＝2＋(n－1)×2＝2n，bn＝2n－1.‎ ‎(2)由题意：cn＝bn＋(－1)nan＝2n－1＋(－1)n2n.‎ ‎∴Tn＝(1＋2＋4＋…＋2n－1)＋[－2＋4－6＋8－…＋(－1)n·2n]，‎ ‎①若n为偶数：‎ Tn＝＋{(－2＋4)＋(－6＋8)＋…＋[－2(n－1)＋2n]}＝2n－1＋×2＝2n＋n－1.‎ ‎②若n为奇数：‎ Tn＝＋{(－2＋4)＋(－6＋8)＋…＋[－2(n－2)＋2(n－1)]－2n}＝2n－1＋2×－2n＝2n－n－2.‎ ‎∴Tn＝ ‎►角度二　裂项相消法求和 ‎【例2－2】　(2015·全国卷Ⅰ)Sn为数列{an}的前n项和．已知an＞0，a＋2an＝4Sn＋3.‎ ‎(1)求{an}的通项公式；‎ ‎(2)设bn＝，求数列{bn}的前n项和．‎ ‎[解]　(1)由a＋2an＝4Sn＋3，可知 a＋2an＋1＝4Sn＋1＋3.‎ 两式相减可得a－a＋2(an＋1－an)＝4an＋1，‎ 即2(an＋1＋an)＝a－a＝(an＋1＋an)(an＋1－an)．‎ 由于an>0，可得an＋1－an＝2.‎ 又a＋2a1＝4a1＋3，解得a1＝－1(舍去)或a1＝3.‎ 所以{an}是首项为3，公差为2的等差数列，通项公式为an＝2n＋1.‎ ‎(2)由an＝2n＋1可知 bn＝＝＝.‎ 设数列{bn}的前n项和为Tn，则 Tn＝b1＋b2＋…＋bn ‎＝ ‎＝＝.‎ ‎【教师备选】‎ ‎(2018·郑州第三次质量预测)已知数列{an}的前n项和为Sn，a1＝－2，且满足Sn＝an＋1＋n＋1(n∈N*)．‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式；‎ ‎(2)若bn＝log3(－an＋1)，设数列的前n项和为Tn，求证：Tn＜.‎ ‎[解]　(1)由Sn＝an＋1＋n＋1(n∈N*)，得Sn－1＝an＋n(n≥2，n∈N*)，‎ 两式相减，并化简，得an＋1＝3an－2，‎ 即an＋1－1＝3(an－1)，又a1－1＝－2－1＝－3≠0，‎ 所以{an－1}是以－3为首项，3为公比的等比数列，‎ 所以an－1＝(－3)·3n－1＝－3n.‎ 故an＝－3n＋1.‎ ‎(2)证明：由bn＝log3(－an＋1)＝log33n＝n，‎ 得＝＝，‎ Tn＝1－＋－＋－＋…＋－＋－＝1＋－－＝－＜.‎ ‎►角度三　错位相减法求和 ‎【例2－3】　(2018·合肥教学质量检测)已知等比数列{an}的前n项和Sn满足4S5＝3S4＋S6，且a3＝9.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式；‎ ‎(2)设bn＝(2n－1)·an，求数列{bn}的前n项的和Tn.‎ ‎[解]　(1)设等比数列{an}的公比为q.‎ 由4S5＝3S4＋S6，得S6－S5＝3S5－3S4，‎ 即a6＝3a5，∴q＝3，∴an＝9×3n－3＝3n－1.‎ ‎(2)由(1)得bn＝(2n－1)·an＝(2n－1)·3n－1，‎ ‎∴Tn＝1×30＋3×31＋5×32＋…＋(2n－1)×3n－1， ①‎ ‎∴3Tn＝1×31＋3×32＋…＋(2n－3)×3n－1＋(2n－1)×3n， ②‎ ‎①－②得 ‎－2Tn＝1＋2(31＋32＋…＋3n－1)－(2n－1)·3n ‎＝1＋2×－(2n－1)·3n＝－2－2(n－1)·3n，‎ ‎∴Tn＝(n－1)·3n＋1.‎ ‎【教师备选】‎ ‎(2018·石家庄教学质量检测)已知数列{an}满足：a1＝1，an＋1＝an＋ .‎ ‎(1)设bn＝，求数列{bn}的通项公式；‎ ‎(2)求数列{an}的前n项和Sn.‎ ‎[解]　(1)由an＋1＝an ＋可得＝＋.‎ 又∵bn＝，∴bn＋1－bn＝，由a1＝1，得b1＝1，‎ 累加可得：‎ ‎(b2－b1)＋(b3－b2)＋…＋(bn－bn－1)＝＋＋…＋，‎ 化简并代入b1＝1得：bn＝2－.‎ ‎(2)由(1)可知an＝2n－，‎ 设数列的前n项和为Tn，‎ 则Tn＝＋＋＋…＋ ①‎ Tn＝＋＋＋…＋ ②‎ ‎①－②得 Tn＝＋＋＋…＋－＝－＝2－，‎ ‎∴Tn＝4－.‎ 又∵数列{2n}的前n项和为n(n＋1)，‎ ‎∴Sn＝n(n＋1)－4＋.‎ ‎[方法归纳]　数列求和的注意事项 ‎1．分组求和法求和时，当数列的各项是正负交替时，一般需要对项数n进行讨论．‎ ‎2．裂项相消法的关键在于准确裂项，使裂开的两项之差和系数之积与原通项公式相等，把握相消后所剩式子的结构．前面剩几项，后面剩几项．‎ ‎3．错位相减法中，两式做减法后所得式子的项数及对应项之间的关系，求和时注意数列是否为等比数列或是从第几项开始为等比数列．‎ ‎■对点即时训练·‎ 已知等差数列{an}的前n项和为Sn，且a1＝1，S3＋S4＝S5.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式；‎ ‎(2)令bn＝(－1)n－1anan＋1，求数列{bn}的前2n项和T2n.‎ ‎[解]　(1)设等差数列{an}的公差为d，‎ 由S3＋S4＝S5，可得a1＋a2＋a3＝a5，‎ 即3a2＝a5，故3(1＋d)＝1＋4d，解得d＝2.‎ ‎∴an＝1＋(n－1)×2＝2n－1.‎ ‎(2)由(1)可得bn＝(－1)n－1·(2n－1)·(2n＋1)‎ ‎＝(－1)n－1·(4n2－1)．‎ ‎∴T2n＝(4×12－1)－(4×22－1)＋(4×32－1)－(4×42－1)＋…＋(－1)2n－1·[4×(2n)2－1]‎ ‎＝4[12－22＋32－42＋…＋(2n－1)2－(2n)2]‎ ‎＝－4(1＋2＋3＋4＋…＋2n－1＋2n)‎ ‎＝－4× ‎＝－8n2－4n.‎ 题型3　数列中的创新与交汇问题 ‎(对应学生用书第24页)‎ 近几年新课标高考对该知识的命题主要体现在以下两方面：一是新信息情境下的数列问题，此类问题多以新定义、新运算或实际问题为背景，主要考查学生的归纳推理解决新问题的能力；二是创新命题角度考迁移能力，题目常与函数、向量、三角、解析几何等知识交汇结合，考查数列的基本运算与应用．‎ ‎■高考考法示例·‎ ‎►角度一　新信息情境下的数列问题 ‎【例3－1】　(2017·全国卷Ⅰ)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20，接下来的两项是20,21，再接下来的三项是20,21,22，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 ‎[思路点拨]　 A　[设首项为第1组，接下来的两项为第2组，再接下来的三项为第3组，依此类推，则第n组的项数为n，前n组的项数和为.‎ 由题意知，N>100，令>100⇒n≥14且n∈N*，即N出现在第13组之后．‎ 第n组的各项和为＝2n－1，前n组所有项的和为－n＝2n＋1－2－n.‎ 设N是第n＋1组的第k项，若要使前N项和为2的整数幂，则N－项的和即第n＋1组的前k项的和2k－1应与－2－n互为相反数，即2k－1＝2＋n(k∈N*，n≥14)，k＝log2(n＋3)⇒n最小为29，此时k＝5，则N＝＋5＝440.故选A．]‎ ‎►角度二　交汇类创新问题 ‎【例3－2】　(2018·长沙联考)已知正项数列{an}，{bn}满足：对于任意的n∈N*，都有点(n，)在直线y＝(x＋2)上，且bn，an＋1，bn＋1成等比数列，a1＝3.‎ ‎(1)求数列{an}，{bn}的通项公式；‎ ‎(2)设Sn＝＋＋…＋，如果对任意的n∈N*，不等式2aSn<2－恒成立．求实数a的取值范围．‎ ‎[思路点拨]　(1)；‎ ‎(2) ‎[解]　(1)∵点(n，)在直线y＝(x＋2)上，‎ ‎∴＝(n＋2)，即bn＝.‎ 又∵bn，an＋1，bn＋1成等比数列，‎ ‎∴a＝bn·bn＋1＝，‎ ‎∴an＋1＝，‎ ‎∴n≥2时，an＝，‎ a1＝3适合上式，∴an＝.‎ ‎(2)由(1)知，＝＝2，‎ ‎∴Sn＝2 ‎＝2＝.‎ 故2aSn<2－可化为：‎ <2－ ‎＝2－＝，‎ 即a<＝对任意的n∈N*恒成立，‎ 令f(n)＝＝，显然f(n)随n的增大而减小，且f(n)>恒成立，故a≤.‎ 综上知，实数a的取值范围是.‎ ‎[方法归纳]‎ ‎1．对于新信息情境下的数列问题，在读懂题意的前提下，要弄清所考查的问题与哪个知识点有关，在此基础上，借助相关知识寻找求解线索．‎ ‎2．以数列为背景的不等式恒成立问题，多为不等式恒成立与证明和形式的不等式，在求解时要注意等价转化即分离参数法与放缩法的技巧，同时也要注意数列或数列对应函数的单调性的应用．‎ ‎■对点即时训练·‎ ‎1．若数列{an}满足：对任意的n∈N*，只有有限个正整数m使得am

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