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文档介绍
2021届高考数学一轮复习第六章数列第2节等差数列及其前n项和教学案含解析新人教A版
第2节 等差数列及其前n项和 考试要求 1.理解等差数列的概念;2.掌握等差数列的通项公式与前n项和公式;3.能在具体的问题情境中识别数列的等差关系,并能利用等差数列的有关知识解决相应的问题;4.了解等差数列与一次函数的关系. 知 识 梳 理 1.等差数列的概念 (1)如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列. 数学语言表达式:an+1-an=d(n∈N*,d为常数). (2)若a,A,b成等差数列,则A叫做a,b的等差中项,且A=. 2.等差数列的通项公式与前n项和公式 (1)若等差数列{an}的首项是a1,公差是d,则其通项公式为an=a1+(n-1)d. (2)前n项和公式:Sn=na1+=. 3.等差数列的性质 (1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*). (2)若{an}为等差数列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an. (3)若{an}是等差数列,公差为d,则ak,ak+m,ak+2m,…(k,m∈N*)是公差为md的等差数列. (4)若Sn为等差数列{an}的前n项和,则数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…也是等差数列. (5)若Sn为等差数列{an}的前n项和,则数列也为等差数列. [常用结论与微点提醒] 1.已知数列{an}的通项公式是an=pn+q(其中p,q为常数),则数列{an}一定是等差数列,且公差为p. 2.在等差数列{an}中,a1>0,d<0,则Sn存在最大值;若a1<0,d>0,则Sn存在最小值. 3.等差数列{an}的单调性:当d>0时,{an}是递增数列;当d<0时,{an}是递减数列;当d=0时,{an}是常数列. 4.数列{an}是等差数列⇔Sn=An2+Bn(A,B为常数). - 14 - 5.用等差数列的定义判断数列是否为等差数列,要注意定义中的三个关键词:“从第2项起”“每一项与它的前一项的差”“同一个常数”. 诊 断 自 测 1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (1)数列{an}为等差数列的充要条件是对任意n∈N*,都有2an+1=an+an+2.( ) (2)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的.( ) (3)数列{an}为等差数列的充要条件是其通项公式为n的一次函数.( ) (4)等差数列的前n项和公式是常数项为0的二次函数.( ) 解析 (3)若公差d=0,则通项公式不是n的一次函数. (4)若公差d=0,则前n项和不是二次函数. 答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× 2.(老教材必修5P46AT2改编)设数列{an}是等差数列,其前n项和为Sn,若a6=2且S5=30,则S8等于( ) A.31 B.32 C.33 D.34 解析 由已知可得 解得∴S8=8a1+d=32. 答案 B 3.(老教材必修5P68T8改编)在等差数列{an}中a3+a4+a5=6,则S7=( ) A.8 B.12 C.14 D.18 解析 a3+a4+a5=3a4=6,∴a4=2,S7=×7×(a1+a7)=7a4=14. 答案 C 4.(2018·全国Ⅰ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若3S3=S2+S4,a1=2,则a5=( ) A.-12 B.-10 C.10 D.12 解析 设等差数列{an}的公差为d,则3(3a1+3d)=2a1+d+4a1+6d,即d=-a1.又a1=2,∴ - 14 - d=-3, ∴a5=a1+4d=2+4×(-3)=-10. 答案 B 5.(2020·上饶模拟)已知等差数列{an},a10=10,其前10项和S10=70,则公差d=( ) A.- B. C.- D. 解析 因为S10=×10×(a1+a10)=×10×(a1+10)=70,所以a1=4,因为a10=a1+9d=10,所以d=. 答案 D 6.(2019·全国Ⅲ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a1≠0,a2=3a1,则=________. 解析 由a1≠0,a2=3a1,可得d=2a1, 所以S10=10a1+d=100a1, S5=5a1+d=25a1,所以=4. 答案 4 考点一 等差数列基本量的运算 【例1】 (1)(一题多解)(2019·江苏卷)已知数列{an}(n∈N*)是等差数列,Sn是其前n项和.若a2a5+a8=0,S9=27,则S8的值是________. (2)(2019·全国Ⅰ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S4=0,a5=5,则( ) A.an=2n-5 B.an=3n-10 C.Sn=2n2-8n D.Sn=n2-2n 解析 (1)法一 由S9=27⇒=27⇒a1+a9=6⇒2a5=6⇒a5=3,即a1+4d=3. 又a2a5+a8=0⇒2a1+5d=0, 解得a1=-5,d=2. 故S8=8a1+d=16. 法二 同法一得a5=3. 又a2a5+a8=0⇒3a2+a8=0⇒2a2+2a5=0⇒a2=-3. - 14 - ∴d==2,a1=a2-d=-5. 故S8=8a1+d=16. (2)设首项为a1,公差为d. 由S4=0,a5=5可得解得 所以an=-3+2(n-1)=2n-5, Sn=n×(-3)+×2=n2-4n. 答案 (1)16 (2)A 规律方法 1.等差数列的通项公式及前n项和公式共涉及五个量a1,an,d,n,Sn,知其中三个就能求另外两个,体现了用方程的思想来解决问题. 2.数列的通项公式和前n项和公式在解题中起到变量代换作用,而a1和d是等差数列的两个基本量,用它们表示已知和未知是常用方法. 【训练1】 (2019·全国Ⅰ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S9=-a5. (1)若 a3=4,求{an}的通项公式; (2)若a1>0,求使得Sn≥an的n的取值范围. 解 (1)设{an}的公差为d. 由S9=-a5得9a1+d=-(a1+4d),即a1+4d=0. 由a3=4得a1+2d=4. 于是a1=8,d=-2. 因此{an}的通项公式为an=10-2n. (2)由(1)得a1=-4d, 故an=(n-5)d,Sn=. 由a1>0知d<0,故Sn≥an等价于≤n-5, 即n2-11n+10≤0,解得1≤n≤10, 所以n的取值范围是{n|1≤n≤10,n∈N}. 考点二 等差数列的判定与证明 典例迁移 【例2】 (经典母题)若数列{an}的前n项和为Sn,且满足an+2SnSn-1=0(n≥2),a1=. - 14 - (1)求证:成等差数列; (2)求数列{an}的通项公式. (1)证明 当n≥2时,由an+2SnSn-1=0, 得Sn-Sn-1=-2SnSn-1,所以-=2, 又==2, 故是首项为2,公差为2的等差数列. (2)解 由(1)可得=2n,∴Sn=. 当n≥2时, an=Sn-Sn-1=-==-. 当n=1时,a1=不适合上式. 故数列{an}的通项公式为an= 【迁移1】 本例条件不变,判断数列{an}是否为等差数列,并说明理由. 解 因为an=Sn-Sn-1(n≥2),an+2SnSn-1=0, 所以Sn-Sn-1+2SnSn-1=0(n≥2). 所以-=2(n≥2). 又==2, 所以是以2为首项,2为公差的等差数列. 所以=2+(n-1)×2=2n,故Sn=. 所以当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-=, 所以an+1=,又an+1-an=-==. 所以当n≥2时,an+1-an的值不是一个与n无关的常数,故数列{an}不是等差数列. 【迁移2】 本例中,若将条件变为a1=,nan+1=(n+1)an+n(n+1),试求数列{an - 14 - }的通项公式. 解 由已知可得=+1,即-=1, 又a1=, ∴是以=为首项,1为公差的等差数列, ∴=+(n-1)·1=n-, ∴数列{an}的通项公式为an=n2-n. 规律方法 1.证明数列是等差数列的主要方法: (1)定义法:对于n≥2的任意自然数,验证an-an-1为同一常数. (2)等差中项法:验证2an-1=an+an-2(n≥3,n∈N*)都成立. 2.判定一个数列是等差数列还常用到的结论: (1)通项公式:an=pn+q(p,q为常数)⇔{an}是等差数列. (2)前n项和公式:Sn=An2+Bn(A,B为常数)⇔{an}是等差数列.问题的最终判定还是利用定义. 【训练2】 记Sn为等比数列{an}的前n项和.已知S2=2,S3=-6. (1)求{an}的通项公式; (2)求Sn,并判断Sn+1,Sn,Sn+2是否成等差数列. 解 (1)设{an}的公比为q,由题设可得 解得 故{an}的通项公式为an=(-2)n. (2)由(1)可得Sn==-+(-1)n. 由于Sn+2+Sn+1=-+(-1)n =2=2Sn, 故Sn+1,Sn,Sn+2成等差数列. 考点三 等差数列的性质及应用 【例3】 (1)(2019·安阳联考)在等差数列{an}中,若a2+a8=8,则(a3+a7)2-a5=( ) A.60 B.56 C.12 D.4 (2)设等差数列{an}的前n项和为Sn,若S3=9,S6=36,则a7+a8+a9等于( ) - 14 - A.63 B.45 C.36 D.27 解析 (1)∵在等差数列{an}中,a2+a8=8, ∴a2+a8=a3+a7=2a5=8,解得a5=4, 所以(a3+a7)2-a5=82-4=60. (2)由{an}是等差数列,得S3,S6-S3,S9-S6为等差数列, 即2(S6-S3)=S3+(S9-S6), 得到S9-S6=2S6-3S3=45, 所以a7+a8+a9=45. 答案 (1)A (2)B 规律方法 1.项的性质:在等差数列{an}中,若m+n=p+q(m,n,p,q∈N*),则am+an=ap+aq. 2.和的性质:在等差数列{an}中,Sn为其前n项和,则 (1)S2n=n(a1+a2n)=…=n(an+an+1); (2)S2n-1=(2n-1)an. 【训练3】 (1)(2020·广东六校联考)等差数列{an}中,若a4+a6+a8+a10+a12=120,则a9-a11的值是( ) A.14 B.15 C.16 D.17 (2)等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,若=,则等于( ) A. B. C. D. 解析 (1)依题意,由a4+a6+a8+a10+a12=120, 得5a8=120,即a8=24,所以a9-a11=(3a9-a11)=(a9+a7+a11-a11)=(a9+a7)=a8=×24=16. (2)==== ==. 答案 (1)C (2)A 考点四 等差数列的最值问题 多维探究 - 14 - 角度1 等差数列前n项和的最值 【例4-1】 (2019·北京卷)设{an}是等差数列,a1=-10,且a2+10,a3+8,a4+6成等比数列. (1)求{an}的通项公式; (2)记{an}的前n项和为Sn,求Sn的最小值. 解 (1)设{an}的公差为d. 因为a1=-10, 所以a2=-10+d,a3=-10+2d,a4=-10+3d. 因为a2+10,a3+8,a4+6成等比数列, 所以(a3+8)2=(a2+10)(a4+6). 所以(-2+2d)2=d(-4+3d). 解得d=2. 所以{an}的通项公式为an=a1+(n-1)d=2n-12. (2)由(1)知,an=2n-12. 则当n≥7时,an>0;当n=6时,an=0,当n<6时,an<0; 所以Sn的最小值为S5=S6=-30. 规律方法 求等差数列前n项和的最值,常用的方法:(1)利用等差数列的单调性,求出其正负转折项,或者利用性质求其正负转折项,便可求得和的最值;(2)利用公差不为零的等差数列的前n项和Sn=An2+Bn(A,B为常数,A≠0)为二次函数,通过二次函数的性质求最值. 角度2 等差数列项的最值 【例4-2】 (2020·淮北模拟)Sn是等差数列{an}的前n项和,S2 020查看更多