【数学】2020届一轮复习苏教版等比数列及其前n项和学案

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文档介绍

【数学】2020届一轮复习苏教版等比数列及其前n项和学案

‎§6.3 等比数列及其前n项和 考情考向分析 以考查等比数列的通项、前n项和及性质为主,等比数列的证明也是考查的热点.本节内容在高考中既可以以填空题的形式进行考查,也可以以解答题的形式进行考查.解答题往往与等差数列、数列求和、不等式等问题综合考查.‎ ‎1.等比数列的有关概念 ‎(1)定义:一般地,如果一个数列从第二项起,每一项与它的前一项的比都等于同一个常数(不为零),那么这个数列就叫做等比数列.这个常数叫做等比数列的公比,通常用字母q表示,定义的表达式为=q(n∈N*,q为非零常数).‎ ‎(2)等比中项:如果a,G,b成等比数列,那么G叫做a与b的等比中项.即G是a与b的等比中项⇔a,G,b成等比数列⇒G2=ab.‎ ‎2.等比数列的有关公式 ‎(1)通项公式:an=a1qn-1.‎ ‎(2)前n项和公式:‎ Sn=.‎ ‎3.等比数列的常用性质 ‎(1)通项公式的推广:an=am·qn-m(n,m∈N*).‎ ‎(2)若m+n=p+q=2k(m,n,p,q,k∈N*),则am·an=ap·aq=a.‎ ‎(3)若数列{an},{bn}(项数相同)是等比数列,则{λan},,{a},{an·bn},(λ≠0)仍然是等比数列.‎ ‎(4)在等比数列{an}中,等距离取出若干项也构成一个等比数列,即an,an+k,an+2k,an+3k,…为等比数列,公比为qk.‎ 概念方法微思考 ‎1.将一个等比数列的各项取倒数,所得的数列还是一个等比数列吗?若是,这两个等比数列的公比有何关系?‎ 提示 仍然是一个等比数列,这两个数列的公比互为倒数.‎ ‎2.任意两个实数都有等比中项吗?‎ 提示 不是.只有同号的两个非零实数才有等比中项.‎ ‎3.“b2=ac”是“a,b,c”成等比数列的什么条件?‎ 提示 必要不充分条件.因为b2=ac时不一定有a,b,c成等比数列,比如a=0,b=0,c=1.但a,b,c成等比数列一定有b2=ac.‎ 题组一 思考辨析 ‎1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)‎ ‎(1)满足an+1=qan(n∈N*,q为常数)的数列{an}为等比数列.( × )‎ ‎(2)如果数列{an}为等比数列,bn=a2n-1+a2n,则数列{bn}也是等比数列.( × )‎ ‎(3)如果数列{an}为等比数列,则数列{ln an}是等差数列.( × )‎ ‎(4)数列{an}的通项公式是an=an,则其前n项和为Sn=.( × )‎ ‎(5)数列{an}为等比数列,则S4,S8-S4,S12-S8成等比数列.( × )‎ 题组二 教材改编 ‎2.[P54T3]已知{an}是等比数列,a2=2,a5=,则公比q=______.‎ 答案  解析 由题意知q3==,∴q=.‎ ‎3.[P54T9]公比不为1的等比数列{an}满足a5a6+a4a7=18,若a1am=9,则m的值为________.‎ 答案 10‎ 解析 由题意得2a5a6=18,∴a5a6=9,‎ 又a1am=9,∴a1am=a5a6,∴m=10.‎ 题组三 易错自纠 ‎4.若1,a1,a2,4成等差数列,1,b1,b2,b3,4成等比数列,则的值为________.‎ 答案 - 解析 ∵1,a1,a2,4成等差数列,‎ ‎∴3(a2-a1)=4-1,∴a2-a1=1.‎ 又∵1,b1,b2,b3,4成等比数列,设其公比为q,‎ 则b=1×4=4,且b2=1×q2>0,∴b2=2,‎ ‎∴==-.‎ ‎5.设Sn为等比数列{an}的前n项和,8a2+a5=0,则=________.‎ 答案 -11‎ 解析 设等比数列{an}的公比为q,‎ ‎∵8a2+a5=0,∴8a1q+a1q4=0.‎ ‎∴q3+8=0,∴q=-2,‎ ‎∴=· ‎===-11.‎ ‎6.一种专门占据内存的计算机病毒开机时占据内存1 MB,然后每3秒自身复制一次,复制后所占内存是原来的2倍,那么开机________秒,该病毒占据内存8 GB.(1 GB=210 MB)‎ 答案 39‎ 解析 由题意可知,病毒每复制一次所占内存的大小构成一等比数列{an},且a1=2,q=2,∴an=2n,‎ 则2n=8×210=213,∴n=13.‎ 即病毒共复制了13次.‎ ‎∴所需时间为13×3=39(秒).‎ 题型一 等比数列基本量的运算 ‎1.已知等比数列{an}满足a1=,a3a5=4(a4-1),则a2=________.‎ 答案  解析 设等比数列{an}的公比为q,‎ 由题意知a3a5=4(a4-1)=a,‎ 则a-4a4+4=0,解得a4=2,‎ 又a1=,所以q3==8,‎ 即q=2,所以a2=a1q=.‎ ‎2.(2018·全国Ⅲ)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(n∈N*).‎ ‎(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.‎ 思维升华 (1)等比数列的通项公式与前n项和公式共涉及五个量a1,an,q,n,Sn,已知其中三个就能求另外两个(简称“知三求二”).‎ ‎(2)运用等比数列的前n项和公式时,注意对q=1和q≠1的分类讨论.‎ 题型二 等比数列的判定与证明 例1 已知数列{an}满足对任意的正整数n,均有an+1=5an-2·3n,且a1=8.‎ ‎(1)证明:数列{an-3n}为等比数列,并求数列{an}的通项公式;‎ ‎(2)记bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.‎ 解 (1)因为an+1=5an-2·3n,‎ 所以an+1-3n+1=5an-2·3n-3n+1=5(an-3n),‎ 又a1=8,所以a1-3=5≠0,‎ 所以数列{an-3n}是首项为5、公比为5的等比数列.‎ 所以an-3n=5n,所以an=3n+5n(n∈N*).‎ ‎(2)由(1)知,bn===1+n,‎ 则数列{bn}的前n项和Tn=1+1+1+2+…+1+n=n+=+n-(n∈N*).‎ 思维升华 判定一个数列为等比数列的常见方法:‎ ‎(1)定义法:若=q(q是非零常数),则数列{an}是等比数列;‎ ‎(2)等比中项法:若a=anan+2(n∈N*,an≠0),则数列{an}是等比数列;‎ ‎(3)通项公式法:若an=Aqn(A,q为非零常数),则数列{an}是等比数列.‎ 跟踪训练1 设数列{an}的前n项和为Sn,已知a1=1,Sn+1=4an+2.‎ ‎(1)设bn=an+1-2an,证明:数列{bn}是等比数列;‎ ‎(2)求数列{an}的通项公式.‎ ‎(1)证明 由a1=1及Sn+1=4an+2,‎ 有a1+a2=S2=4a1+2.‎ ‎∴a2=5,∴b1=a2-2a1=3.‎ 又 ‎①-②,得an+1=4an-4an-1(n≥2),‎ ‎∴an+1-2an=2(an-2an-1)(n≥2).‎ ‎∵bn=an+1-2an,∴bn=2bn-1(n≥2),‎ 故{bn}是首项b1=3,公比为2的等比数列.‎ ‎(2)解 由(1)知bn=an+1-2an=3·2n-1,‎ ‎∴-=,‎ 故是首项为,公差为的等差数列.‎ ‎∴=+(n-1)·=,‎ 故an=(3n-1)·2n-2(n∈N*).‎ 题型三 等比数列的综合应用 例2 (2018·扬州模拟)已知各项都是正数的数列{an}的前n项和为Sn,且2Sn=a+an,数列{bn}满足b1=,2bn+1=bn+.‎ ‎(1)求数列{an},{bn}的通项公式;‎ ‎(2)设数列{cn}满足cn=,求c1+c2+…+cn的和.‎ 解 (1)由题意知2Sn=a+an, ①‎ ‎2Sn+1=a+an+1, ②‎ ‎②-①得2an+1=a-a+an+1-an,‎ 即(an+1+an)(an+1-an-1)=0.‎ 因为{an}是正数数列,‎ 所以an+1-an-1=0,即an+1-an=1,‎ 所以{an}是公差为1的等差数列.‎ 在2Sn=a+an中,令n=1,得a1=1,‎ 所以an=n.‎ 由2bn+1=bn+,得=·,‎ 所以数列是等比数列,其中首项为,公比为,‎ 所以=n,即bn=.‎ ‎(2)由(1)知Sn==,‎ 所以cn===-,‎ 所以c1+c2+…+cn=-.‎ 思维升华 等比数列常见性质的应用 等比数列性质的应用可以分为三类:‎ ‎(1)通项公式的变形.‎ ‎(2)等比中项的变形.‎ ‎(3)前n项和公式的变形.根据题目条件,认真分析,发现具体的变化特征即可找出解决问题的突破口.‎ 跟踪训练2 (1)已知数列{an}是等比数列,若a2=1,a5=,则a1a2+a2a3+…+anan+1(n∈N*)的最小值为________.‎ 答案 2‎ 解析 由已知得数列{an}的公比满足q3==,‎ 解得q=,∴a1=2,a3=,‎ 故数列{anan+1}是以2为首项,公比为=的等比数列,‎ ‎∴a1a2+a2a3+…+anan+1= ‎=∈.‎ ‎(2)已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且=,则=________.(n≥2,且n∈N*)‎ 答案 - 解析 很明显等比数列的公比q≠1,‎ 则由题意可得===,‎ 解得q=,‎ 则====-.‎ 等差数列与等比数列 关于等差(比)数列的基本运算在高考试题中频繁出现,其实质就是解方程或方程组,需要认真计算,灵活处理已知条件.‎ 例 (1)已知等差数列{an}的首项和公差均不为0,且满足a2,a5,a7成等比数列,则的值为________.‎ 答案  解析 已知等差数列{an}的首项和公差均不为0,且满足a2,a5,a7成等比数列,‎ ‎∴a=a2a7,∴(a1+4d)2=(a1+d)(a1+6d),∴10d2=-a1d,∵d≠0,∴-10d=a1,∴===.‎ ‎(2)已知{an}为等比数列,数列{bn}满足b1=2,b2=5,且an(bn+1-bn)=an+1,则数列{bn}的前n项和为________.‎ 答案 (n∈N*)‎ 解析 ∵b1=2,b2=5,且an(bn+1-bn)=an+1,‎ ‎∴a1(b2-b1)=a2,即a2=3a1,‎ 又数列{an}为等比数列,∴数列{an}的公比q=3,‎ ‎∴bn+1-bn==3,‎ ‎∴数列{bn}是首项为2,公差为3的等差数列,‎ ‎∴数列{bn}的前n项和为Sn=2n+×3=(n∈N*).‎ ‎(3)(2018·苏州调研)若数列{an}的前n项和Sn满足Sn=(1+an)(n∈N*),则a4的值为________.‎ 答案 -81‎ 解析 ∵Sn=(1+an)(n∈N*),‎ ‎∴当n=1时,a1=-3,‎ ‎∴当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(an-an-1),‎ 即=3,‎ ‎∴{an}是首项为-3,公比为3的等比数列.‎ ‎∴an=-3n.∴a4=-81.‎ ‎(4)(2018·江苏省南京市秦淮中学模拟)已知数列{an}中,a1=1,a2=3,若an+2+2an+1+an=0对任意n∈N*都成立,则数列{an}的前n项和Sn=________.‎ 答案  解析 a1=1,a2=3,an+2+2an+1+an=0对任意n∈N*都成立,‎ 可得an+2+an+1=-(an+1+an),a2+a1=4.‎ 则数列{an+1+an}是等比数列,首项为4,公比为-1.‎ ‎∴an+1+an=4×(-1)n-1.‎ an+an-1=4×(-1)n-2,‎ 当n=1时,a1=1,‎ 当n=2k+1(k∈N*)时,a2k+1+a2k=-4,‎ Sn=S2k+1‎ ‎=a1+a2+a3+…+a2k+a2k+1‎ ‎=a1+(-4k)=3-2n,‎ 当n=2k(k∈N*)时,a2k+a2k-1=4,‎ Sn=S2k=4k=2n.‎ ‎∴Sn= ‎1.已知等比数列{an}满足a1=1,a3a7=16,则该数列的公比为________.‎ 答案 ± 解析 根据等比数列的性质可得a3·a7=a=a·q8=q8=16=24,‎ 所以q2=2,即q=±.‎ ‎2.(2018·苏州调研)设各项均为正数的等比数列{an}的前n项和为Sn,已知a2=6,a3-3a1=12,则S5=________.‎ 答案 242‎ 解析 由题意得∴a1=2,q=3.‎ 所以S5==242.‎ ‎3.(2018·江苏省南京金陵中学月考)设各项均为正数的等比数列{an}的前n项和为Sn,若a5-a2=78,S3=13,则数列{an}的通项公式为an=________.‎ 答案 3n-1(n∈N*)‎ 解析 因为数列{an}为等比数列,a5-a2=78,S3=13,‎ 所以解得或(舍去),‎ 所以an=3n-1(n∈N*).‎ ‎4.等比数列{an}的前n项和为Sn=32n-1+r,则r的值为________.‎ 答案 - 解析 当n=1时,a1=S1=3+r,‎ 当n≥2时,an=Sn-Sn-1=32n-1-32n-3‎ ‎=32n-3(32-1)=8·32n-3=8·32n-2·3-1‎ ‎=·9n-1,‎ 即等比数列{an}的首项为,公比为9,‎ 所以3+r=,即r=-.‎ ‎5.已知等比数列{an}的公比为-2,且Sn为其前n项和,则=________.‎ 答案 5‎ 解析 由题意可得,‎ ==1+(-2)2=5.‎ ‎6.古代数学著作《九章算术》有如下问题:“今有女子善织,日自倍,五日织五尺,问日织几何?”意思是:“一女子善于织布,每天织的布都是前一天的2倍,已知她5天共织布5尺,问这女子每天分别织布多少?”根据问题的已知条件,若要使织布的总尺数不少于30,该女子所需的天数至少为________.‎ 答案 8‎ 解析 由题意知其每天织布尺数构成公比为2的等比数列,可设该女子第一天织布x尺,‎ 则=5,解得x=,‎ 所以前n天织布的尺数为(2n-1),‎ 由(2n-1)≥30,得2n≥187,‎ 又因为n为正整数,所以n的最小值为8.‎ ‎7.若正项等比数列{an}满足anan+1=22n(n∈N*),则a6-a5的值是________.‎ 答案 16 解析 设正项等比数列{an}的公比为q>0,‎ ‎∵anan+1=22n(n∈N*),‎ ‎∴==4=q2,解得q=2,‎ ‎∴a×2=22n,an>0,解得an=,‎ 则a6-a5=-=16.‎ ‎8.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且a1=2 018,a2+a4=-2a3,则S2 019=________.‎ 答案 2 018‎ 解析 ∵a2+a4=-2a3,‎ ‎∴a2+a4+2a3=0,a2+2a2q+a2q2=0,‎ ‎∴q2+2q+1=0,解得q=-1.‎ ‎∵a1=2 018,‎ ‎∴S2 019== ‎=2 018.‎ ‎9.已知各项均为正数的等比数列{an}满足a1=,且a2a8=2a5+3,则a9=________.‎ 答案 18‎ 解析 ∵a2a8=2a5+3,∴a=2a5+3,‎ 解得a5=3(舍负),即a1q4=3,‎ 则q4=6,a9=a1q8=×36=18.‎ ‎10.设等比数列{an}的前n项和为Sn,若a3a11=2a,且S4+S12=λS8,则λ=________.‎ 答案  解析 ∵a3a11=2a,∴a=2a,∴q4=2,‎ ‎∵S4+S12=λS8,‎ ‎∴+=,‎ ‎1-q4+1-q12=λ(1-q8),‎ 将q4=2代入计算可得λ=.‎ ‎11.(2018·全国Ⅰ)已知数列{an}满足a1=1,nan+1=2(n+1)an.设bn=.‎ ‎(1)求b1,b2,b3;‎ ‎(2)判断数列{bn}是否为等比数列,并说明理由;‎ ‎(3)求{an}的通项公式.‎ 解 (1)由条件可得an+1=an,‎ 将n=1代入得a2=4a1,而a1=1,所以a2=4.‎ 将n=2代入得a3=3a2,所以a3=12.‎ 从而b1=1,b2=2,b3=4.‎ ‎(2){bn}是首项为1,公比为2的等比数列.‎ 由条件可得=,即bn+1=2bn,‎ 又b1=1,所以{bn}是首项为1,公比为2的等比数列.‎ ‎(3)由(2)可得=2n-1,‎ 所以an=n·2n-1(n∈N*).‎ ‎12.已知数列{an}满足a1=1,a2=2,an+2=,n∈N*.‎ ‎(1)令bn=an+1-an,证明:{bn}是等比数列;‎ ‎(2)求数列{an}的通项公式.‎ ‎(1)证明 b1=a2-a1=1.‎ 当n≥2时,bn=an+1-an=-an ‎=-(an-an-1)=-bn-1,‎ ‎∴{bn}是以1为首项,-为公比的等比数列.‎ ‎(2)解 由(1)知bn=an+1-an=n-1,‎ 当n≥2时,‎ an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)‎ ‎=1+1++…+n-2‎ ‎=1+=1+ ‎=-n-1.‎ 当n=1时,-×1-1=1=a1,‎ ‎∴an=-n-1(n∈N*).‎ ‎13.等比数列{an}的首项为,公比为-,前n项和为Sn,则当n∈N*时,Sn-的最大值与最小值的比值为________.‎ 答案 - 解析 ∵等比数列{an}的首项为,公比为-,‎ ‎∴an=×n-1,‎ ‎∴Sn==1-n.‎ ‎①当n为奇数时,Sn=1+n随着n的增大而减小,则11 024的最小n的值为________.‎ 答案 9‎ 解析  由数列{an}的前n项和为Sn=2n+1-2,‎ 则当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n+1-2-2n+2=2n,‎ a1=S1=2,满足上式,‎ 所以bn=log2(a·)=log2a+log2=2n+2n,‎ 所以数列{bn}的前n和为Tn=+ ‎=n(n+1)+2n+1-2,‎ 易知当n∈N*时,Tn随着n的增大而增大.‎ 又当n=9时,T9=9×10+210-2=1 112>1 024,‎ 当n=8时,T8=8×9+29-2=582<1 024,‎ 所以满足Tn>1 024的最小n的值为9.‎ ‎15.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Tn>1的n的最小值为________.‎ 答案 6‎ 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,∴a11(n>3),∴Tn>Tn-1(n≥4,n∈N*),T1<1,T2=a1·a2<1,T3=a1·a2·a3=a1a2=T2<1,T4=a1a2a3a4=a1<1,T5=a1·a2·a3·a4·a5=a=1,T6=T5·a6=a6>1,故n的最小值为6.‎ ‎16.在数列的每相邻两项之间插入此两项的积,形成新的数列,这样的操作叫做该数列的一次“扩展”.将数列1,2进行“扩展”,第一次得到数列1,2,2;第二次得到数列1,2,2,4,2;….设第n次“扩展”后得到的数列为1,x1,x2,…,xt,2,并记an=log2(1·x1·x2·…·xt·2),其中t=2n-1,n∈N*,求数列{an}的通项公式.‎ 解 an=log2(1·x1·x2·…·xt·2),‎ 所以an+1=log2[1·(1·x1)·x1·(x1·x2)·…·xt·(xt·2)·2]‎ ‎=log2(12·x·x·x·…·x·22)=3an-1,‎ 所以an+1-=3,‎ 又a1-=log24-=,‎ 所以数列是一个以为首项,以3为公比的等比数列,‎ 所以an-=×3n-1,所以an=(n∈N*).‎
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