高中人教A版 (2019)4.2 等差数列第1课时导学案
展开第1课时 等差数列的概念及通项公式
学习目标 1.理解等差数列、等差中项的概念.2.掌握等差数列的通项公式,并能运用通项公式解决一些简单的问题.3.掌握等差数列的判断与证明方法.
知识点一 等差数列的概念
一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,公差通常用字母d表示,公差可正可负可为零.
思考 你能根据等差数列的概念写出它的数学表达式吗?
答案 an+1-an=d(d为常数,n∈N*).
知识点二 等差中项的概念
由三个数a,A,b组成的等差数列可以看成是最简单的等差数列.这时,A叫做a与b的等差中项且2A=a+b.
思考 下列所给的两个数之间,插入一个什么数后三个数就会成为一个等差数列:
(1)2,4;(2)-1,5;(3)0,0;(4)a,b.
答案 插入的数分别为(1)3,(2)2,(3)0,(4)eq \f(a+b,2).
知识点三 等差数列的通项公式
首项为a1,公差为d的等差数列{an}的通项公式an=a1+(n-1)d.
思考 由等差数列的通项公式可以看出,要求an,需要哪几个条件?
答案 只要求出等差数列的首项a1和公差d,代入公式an=a1+(n-1)d即可.
知识点四 从函数角度认识等差数列{an}
若数列{an}是等差数列,首项为a1,公差为d,
则an=f(n)=a1+(n-1)d=nd+(a1-d).
(1)点(n,an)落在直线y=dx+(a1-d)上,这条直线的斜率为d,在y轴上的截距为a1-d ;
(2)这些点的横坐标每增加1,函数值增加d.
1.数列4,4,4,…是等差数列.( √ )
2.数列{an}的通项公式为an=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(1,n=1,,n+1,n≥2,))则{an}是等差数列.( × )
3.若一个数列从第2项起每一项与它前一项的差都是常数,则这个数列是等差数列.( × )
4.若三个数a,b,c满足a+c=2b,则a,b,c一定是等差数列.( √ )
一、等差数列的通项公式及其应用
例1 在等差数列{an}中,
(1)已知a5=-1,a8=2,求a1与d;
(2)已知a1+a6=12,a4=7,求an.
解 (1)由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+5-1d=-1,,a1+8-1d=2,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-5,,d=1.))
(2)由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a1+6-1d=12,,a1+4-1d=7,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=1,,d=2.))
所以an=a1+(n-1)d=1+(n-1)×2=2n-1,n∈N*.
反思感悟 等差数列通项公式的求法与应用技巧
(1)等差数列的通项公式可由首项与公差确定,所以要求等差数列的通项公式,只需求出首项与公差即可.
(2)等差数列{an}的通项公式an=a1+(n-1)d中共含有四个参数,即a1,d,n,an,如果知道了其中的任意三个数,那么就可以由通项公式求出第四个数,这一求未知量的过程,我们通常称之为“知三求一”.
(3)通项公式可变形为an=dn+(a1-d),可把an看作自变量为n的一次函数.
跟踪训练1 在等差数列{an}中,求解下列各题:
(1)已知公差d=-eq \f(1,3),a7=8,则a1= .
(2)已知a3=0,a7-2a4=-1,则公差d= .
(3)已知{an}的前3项依次为2,6,10,则a15= .
答案 (1)10 (2)-eq \f(1,2) (3)58
解析 (1)由a7=a1+6d,得8=a1+6×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,3))),
故a1=10.
(2)设首项为a1,公差为d,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+2d=0,,a1+6d-2a1+3d=-1,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=1,,d=-\f(1,2).))
(3)由题意得,d=6-2=4,
把a1=2,d=4代入an=a1+(n-1)d,得an=2+(n-1)×4=4n-2,
∴a15=4×15-2=58.
二、等差数列的判定与证明
例2 已知数列{an}满足a1=2,an+1=eq \f(2an,an+2).
(1)数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是否为等差数列?说明理由;
(2)求an.
解 (1)数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是等差数列,理由如下:
∵a1=2,an+1=eq \f(2an,an+2),
∴eq \f(1,an+1)=eq \f(an+2,2an)=eq \f(1,2)+eq \f(1,an),
∴eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=eq \f(1,2),
即eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是首项为eq \f(1,a1)=eq \f(1,2),公差为d=eq \f(1,2)的等差数列.
(2)由上述可知eq \f(1,an)=eq \f(1,a1)+(n-1)d=eq \f(n,2),
∴an=eq \f(2,n),n∈N*.
延伸探究
将本例中的条件“a1=2,an+1=eq \f(2an,an+2)”换为“a1=4,an=4-eq \f(4,an-1)(n>1),记bn=eq \f(1,an-2)”.
(1)试证明数列{bn}为等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明 bn+1-bn=eq \f(1,an+1-2)-eq \f(1,an-2)
=eq \f(1,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4-\f(4,an)))-2)-eq \f(1,an-2)=eq \f(an,2an-2)-eq \f(1,an-2)=eq \f(an-2,2an-2)=eq \f(1,2).
又b1=eq \f(1,a1-2)=eq \f(1,2),
∴数列{bn}是首项为eq \f(1,2),公差为eq \f(1,2)的等差数列.
(2)解 由(1)知bn=eq \f(1,2)+(n-1)×eq \f(1,2)=eq \f(1,2)n.
∵bn=eq \f(1,an-2),
∴an=eq \f(1,bn)+2=eq \f(2,n)+2.
∴数列{an}的通项公式为an=eq \f(2,n)+2,n∈N*.
反思感悟 判断等差数列的方法
(1)定义法
an+1-an=d(n∈N*)或an-an-1=d(n≥2,n∈N*)⇔数列{an}是等差数列.
(2)等差中项法
2an+1=an+an+2(n∈N*)⇔数列{an}为等差数列.
(3)通项公式法
数列{an}的通项公式形如an=pn+q(p,q为常数)⇔数列{an}为等差数列.
跟踪训练2 已知数列{an}满足(an+1-1)(an-1)=3(an-an+1),a1=2,令bn=eq \f(1,an-1).
(1)证明:数列{bn}是等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明 ∵eq \f(1,an+1-1)-eq \f(1,an-1)
=eq \f(an-an+1,an+1-1an-1)=eq \f(1,3),
∴bn+1-bn=eq \f(1,3),又b1=eq \f(1,a1-1)=1,
∴{bn}是首项为1,公差为eq \f(1,3)的等差数列.
(2)解 由(1)知bn=eq \f(1,3)n+eq \f(2,3),
∴an-1=eq \f(3,n+2),∴an=eq \f(n+5,n+2).
三、等差中项及应用
例3 (1)在-1与7之间顺次插入三个数a,b,c,使这五个数成等差数列,求此数列.
解 因为-1,a,b,c,7成等差数列,
所以b是-1与7的等差中项,
则b=eq \f(-1+7,2)=3,
又a是-1与3的等差中项,
所以a=eq \f(-1+3,2)=1.
又c是3与7的等差中项,
所以c=eq \f(3+7,2)=5.
所以该数列为-1,1,3,5,7.
(2)已知eq \f(1,a),eq \f(1,b),eq \f(1,c)成等差数列.求证:eq \f(b+c,a),eq \f(a+c,b),eq \f(a+b,c)也成等差数列.
证明 因为eq \f(1,a),eq \f(1,b),eq \f(1,c)成等差数列,
所以eq \f(2,b)=eq \f(1,a)+eq \f(1,c),即2ac=b(a+c).
因为eq \f(b+c,a)+eq \f(a+b,c)=eq \f(cb+c+aa+b,ac)
=eq \f(c2+a2+ba+c,ac)
=eq \f(a2+c2+2ac,ac)
=eq \f(2a+c2,ba+c)=eq \f(2a+c,b),
所以eq \f(b+c,a),eq \f(a+c,b),eq \f(a+b,c)成等差数列.
反思感悟 若a,A,b成等差数列,则A=eq \f(a+b,2);反之,由A=eq \f(a+b,2)也可得到a,A,b成等差数列,所以A是a,b的等差中项⇔A=eq \f(a+b,2).
跟踪训练3 (1)若m和2n的等差中项为4,2m和n的等差中项为5,求m和n的等差中项.
解 由m和2n的等差中项为4,得m+2n=8.
又由2m和n的等差中项为5,得2m+n=10.
两式相加,得m+n=6.
所以m和n的等差中项为eq \f(m+n,2)=3.
(2)已知a,b,c成等差数列,证明:a2(b+c),b2(c+a),c2(a+b)也成等差数列.
证明 因为a,b,c成等差数列,所以a+c=2b.
又a2(b+c)+c2(a+b)-2b2(c+a)
=a2c+c2a+ab(a-2b)+bc(c-2b)
=a2c+c2a-2abc=ac(a+c-2b)
=0,
所以a2(b+c)+c2(a+b)=2b2(c+a).
故a2(b+c),b2(c+a),c2(a+b)成等差数列.
等差数列的实际应用
典例 某公司经销一种数码产品,第一年可获利200万元,从第二年起由于市场竞争方面的原因,其利润每年比上一年减少20万元,按照这一规律,如果公司不开发新产品,也不调整经营策略,从哪一年起,该公司经销这一产品将亏损?
解 设从第一年起,第n年的利润为an万元,
则a1=200,an+1-an=-20(n∈N*),
∴每年的利润构成一个等差数列{an},
从而an=a1+(n-1)d=200+(n-1)×(-20)=220-20n.
若an<0,则该公司经销这一产品将亏损.
∴由an=220-20n<0,得n>11,
即从第12年起,该公司经销此产品将亏损.
[素养提升] (1)解决实际应用问题,首先要认真领会题意,根据题目条件,寻找有用的信息.若一组数按次序“定量”增加或减少时,则这组数成等差数列.
合理地构建等差数列模型是解决这类问题的关键,在解题过程中,一定要分清首项、项数等关键的问题.
(2)能在具体的问题情境中,识别数列的等差关系,抽象出数列的模型,并能用有关知识解决相应的问题,是数学建模的核心素养的体现.
1.已知等差数列{an}的通项公式an=3-2n(n∈N*),则它的公差d为( )
A.2 B.3 C.-2 D.-3
答案 C
解析 由等差数列的定义,得d=-2.
2.若5,x,y,z,21成等差数列,则x+y+z的值为( )
A.26 B.29 C.39 D.52
答案 C
解析 ∵5,x,y,z,21成等差数列,
∴y既是5和21的等差中项也是x和z的等差中项.
∴5+21=2y,∴y=13,x+z=2y=26,∴x+y+z=39.
3.在等差数列{an}中,若a1=84,a2=80,则使an≥0,且an+1<0的n为( )
A.21 B.22 C.23 D.24
答案 B
解析 ∵公差d=a2-a1=-4,
∴an=a1+(n-1)d=84+(n-1)×(-4)=88-4n,
令eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(an≥0,,an+1<0,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(88-4n≥0,,88-4n+1<0))⇒21
4.已知eq \r(3)+1与eq \r(3)-1的等差中项为a,等差数列{an}的通项公式为an=a2n+1(n∈N*),公差为d,则a+d= .
答案 3+eq \r(3)
解析 由题意,知a=eq \f(\r(3)+1+\r(3)-1,2)=eq \r(3),d=3,
所以a+d=3+eq \r(3).
5.《九章算术》是我国古代数学名著,其中有道“竹九问题”:“今有竹九节,下三节容量四升,上四节容量三升.问中间二节欲均容各多少?”意思为:今有竹九节,下三节容量之和为4升,上四节容量之和为3升,且每一节容量变化均匀(即每节容量成等差数列),则中间两节各多少容量?在这个问题中,中间一节的容量为 升.
答案 eq \f(67,66)
解析 设从最上至最下每节的容量构成等差数列{an},公差为d,由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a2+a3+a4=3,,a7+a8+a9=4,))
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(4a1+6d=3,,3a1+21d=4,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=\f(13,22),,d=\f(7,66),))
故a5=a1+4d=eq \f(67,66).
1.知识清单:
(1)等差数列的有关概念.
(2)等差数列的通项公式.
(3)等差数列的判定与证明.
2.方法归纳:列方程组法、迭代法、构造法.
3.常见误区:在具体应用问题中项数不清.
1.设数列{an}是等差数列,若a2=4,a4=6,则an等于( )
A.n B.2n C.2n-1 D.n+2
答案 D
解析 ∵a4-a2=2d=6-4=2.
∴d=1.∴a1=a2-d=3.∴an=3+(n-1)×1=n+2.
2.在等差数列{an}中,已知a3+a8=10,则3a5+a7等于( )
A.10 B.18 C.20 D.28
答案 C
解析 设公差为d,
则a3+a8=a1+2d+a1+7d=2a1+9d=10.
∴3a5+a7=3(a1+4d)+(a1+6d)=4a1+18d=20.
3.(多选)已知在等差数列{an}中,a1=2,且a4+a8=aeq \\al(2,3),则公差d等于( )
A.0 B.eq \f(1,2) C.1 D.2
答案 AB
解析 根据题意知,a4+a8=aeq \\al(2,3)⇒a1+3d+a1+7d=(a1+2d)2.
又a1=2,则4+10d=(2+2d)2,
解得d=eq \f(1,2)或d=0.
4.一个等差数列的前4项是a,x,b,2x(b≠0,x≠0),则eq \f(a,b)等于( )
A.eq \f(1,4) B.eq \f(1,2) C.eq \f(1,3) D.eq \f(2,3)
答案 C
解析 ∵b是x,2x的等差中项,
∴b=eq \f(x+2x,2)=eq \f(3x,2),
又∵x是a,b的等差中项,
∴2x=a+b,
∴a=eq \f(x,2),∴eq \f(a,b)=eq \f(1,3).
5.在数列{an}中,an+1=eq \f(an,1+3an),a1=2,则a20为( )
A.eq \f(115,2) B.eq \f(8,115) C.eq \f(16,115) D.eq \f(2,115)
答案 D
解析 对an+1=eq \f(an,1+3an)取倒数得eq \f(1,an+1)=eq \f(1,an)+3,
∴eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=3,
∴eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是以eq \f(1,2)为首项,3为公差的等差数列.
∴eq \f(1,an)=eq \f(1,2)+(n-1)·3
=3n-eq \f(5,2)=eq \f(6n-5,2),
∴an=eq \f(2,6n-5),
∴a20=eq \f(2,115).
6.在等差数列{an}中,a1=2,2an+1=2an+1(n∈N*),则该数列的公差为 .
答案 eq \f(1,2)
解析 ∵an+1=an+eq \f(1,2),
∴an+1-an=eq \f(1,2)(n∈N*),
∴数列{an}是以2为首项,eq \f(1,2)为公差的等差数列.
7.设x是a与b的等差中项,x2是a2与-b2的等差中项,则a,b的关系是 .
答案 a=-b或a=3b
解析 由等差中项的定义知,x=eq \f(a+b,2),x2=eq \f(a2-b2,2),
∴eq \f(a2-b2,2)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a+b,2)))2,即a2-2ab-3b2=0,
∴(a-3b)(a+b)=0,∴a=3b或a=-b.
8.某市出租车的计价标准为1.2元/km,起步价为10元,即最初的4 km(不含4 km)计费10元.如果某人乘坐该市的出租车去往14 km处的目的地,且一路畅通,等候时间为0,需要支付车费 元.
答案 23.2
解析 根据题意,当该市出租车的行程大于或等于4 km时,每增加1 km,乘客需要支付1.2元.所以可以建立一个等差数列{an}来计算车费.令a1=11.2,表示4 km处的车费,公差d=1.2,那么当出租车行至14 km处时,n=11,此时需要支付车费a11=11.2+(11-1)×1.2=23.2(元).
9.在等差数列{an}中,a1+a5=8,a4=7.
(1)求数列的第10项;
(2)问112是数列{an}的第几项?
(3)在80到110之间有多少项?
解 设数列{an}的公差为d,则
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a1+4d=8,,a1+3d=7,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-2,,d=3,))
(1)a10=a1+9d=-2+27=25.
(2)an=-2+(n-1)×3=3n-5,
由112=3n-5,
解得n=39.
所以112是数列{an}的第39项.
(3)由80<3n-5<110,解得
28eq \f(1,3)
10.已知数列{an}满足an+1=eq \f(6an-4,an+2),且a1=3(n∈N*).
(1)证明:数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an-2)))是等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明 由eq \f(1,an+1-2)=eq \f(1,\f(6an-4,an+2)-2)=eq \f(an+2,6an-4-2an+2)=eq \f(an+2,4an-8)=eq \f(an-2+4,4an-2)=eq \f(1,an-2)+eq \f(1,4),
得eq \f(1,an+1-2)-eq \f(1,an-2)=eq \f(1,4),
故数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an-2)))是首项为1,公差为eq \f(1,4)的等差数列.
(2)解 由(1)知eq \f(1,an-2)=eq \f(1,a1-2)+(n-1)×eq \f(1,4)=eq \f(n+3,4),
所以an=eq \f(2n+10,n+3),n∈N*.
11.(多选)下列命题中,正确的是( )
A.若a,b,c成等差数列,则2a,2b,2c成等差数列
B.若a,b,c成等差数列,则lg2a,lg2b,lg2c成等差数列
C.若a,b,c成等差数列,则a+2,b+2,c+2成等差数列
D.若a,b,c成等差数列,则2a,2b,2c成等差数列
答案 AC
解析 A项中,∵a,b,c为等差数列,
∴2b=a+c,
∴2·(2b)=2a+2c,∴2a,2b,2c成等差数列,故A正确.
C项中,∵a,b,c成等差数列,∴2b=a+c,
∴2(b+2)=(a+2)+(c+2),
∴a+2,b+2,c+2成等差数列.故C正确.
12.首项为-24的等差数列,从第10项起开始为正数,则公差d的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(8,3),3)) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(8,3),3))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(8,3),3)) D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(8,3),3))
答案 C
解析 设an=-24+(n-1)d,n∈N*,
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a9=-24+8d≤0,,a10=-24+9d>0,))
解得eq \f(8,3)
A.a3a6>a4a5 B.a3a6
答案 B
解析 由通项公式,得a3=a1+2d,a6=a1+5d,那么a3+a6=2a1+7d,a3a6=(a1+2d)(a1+5d)=aeq \\al(2,1)+7a1d+10d2,同理a4+a5=2a1+7d,a4a5=aeq \\al(2,1)+7a1d+12d2,显然a3a6-a4a5=-2d2<0.
14.已知数列{an}满足a1=1,若点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(an,n),\f(an+1,n+1)))在直线x-y+1=0上,则an= .
答案 n2(n∈N*)
解析 由题设可得eq \f(an,n)-eq \f(an+1,n+1)+1=0,
即eq \f(an+1,n+1)-eq \f(an,n)=1,
所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(an,n)))是以1为首项,1为公差的等差数列,
故通项公式为eq \f(an,n)=n,
所以an=n2(n∈N*).
15.已知数列{an}满足aeq \\al(2,n+1)=aeq \\al(2,n)+4,且a1=1,an>0,则an= .
答案 eq \r(4n-3),n∈N*
解析 ∵aeq \\al(2,n+1)-aeq \\al(2,n)=4,
∴{aeq \\al(2,n)}是等差数列,且首项aeq \\al(2,1)=1,公差d=4,
∴aeq \\al(2,n)=1+(n-1)×4=4n-3.
又an>0,∴an=eq \r(4n-3),n∈N*.
16.若数列{bn}对于n∈N*,都有bn+2-bn=d(d为常数),则称数列{bn}是公差为d的准等差数列.例如cn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(4n-1,n为奇数,,4n+9,n为偶数,))则数列{cn}是公差为8的准等差数列.设数列{an}满足:a1=a,对于n∈N*,都有an+an+1=2n.
(1)求证:数列{an}为准等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明 因为an+an+1=2n(n∈N*),①
所以an+1+an+2=2(n+1),②
②-①得an+2-an=2(n∈N*),
所以数列{an}是公差为2的准等差数列.
(2)解 因为a1=a,an+an+1=2n(n∈N*),
所以a1+a2=2×1,
即a2=2-a.
因为a1,a3,a5,…是以a为首项,2为公差的等差数列,
a2,a4,a6,…是以2-a为首项,2为公差的等差数列,
所以当n为偶数时,an=2-a+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(n,2)-1))×2=n-a,
当n为奇数时,an=a+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(n+1,2)-1))×2=n+a-1.
所以an=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n+a-1,n为奇数,,n-a,n为偶数.))
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