
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高中数学苏教版 (2019)选择性必修第一册4.1 数列第2课时教学设计及反思
展开导语
同学们,上节课我们学习了数列的概念以及数列的通项公式,我们知道了数列与现代生活密不可分,其实,当人类祖先需要用一组数据有序地表达一类事物、记录某个变化过程时,数列就应运而生了,因此,数列应用广泛,大家先看本学案上的例1.
一、数列的通项公式的简单应用
例1 已知数列{an}的通项公式是an=2n2-n,n∈N*.
(1)写出数列的前3项;
(2)判断45是否为数列{an}中的项,3是否为数列{an}中的项.
解 (1)在通项公式中依次取n=1,2,3,可得{an}的前3项分别为1,6,15.
(2)令2n2-n=45,得2n2-n-45=0,解得n=5或n=-eq \f(9,2)(舍去),故45是数列{an}中的第5项.
令2n2-n=3,得2n2-n-3=0,解得n=-1或n=eq \f(3,2),故3不是数列{an}中的项.
反思感悟 (1)利用数列的通项公式求某项的方法
数列的通项公式给出了第n项an与它的位置序号n之间的关系,只要用序号代替公式中的n,就可以求出数列的相应项.
(2)判断某数值是否为该数列的项的方法
先假定它是数列中的第n项,然后列出关于n的方程.若方程的解为正整数,则是数列的一项;若方程无解或解不是正整数,则不是该数列的一项.
跟踪训练1 已知数列{an}的通项公式为an=qn,n∈N*,且a4-a2=72.
(1)求实数q的值;
(2)判断-81是否为此数列中的项.
解 (1)由题意知q4-q2=72,
则q2=9或q2=-8(舍去),
∴q=±3.
(2)当q=3时,an=3n.
显然-81不是此数列中的项;
当q=-3时,an=(-3)n.
令(-3)n=-81,无解,
∴-81不是此数列中的项.
二、数列的递推公式
问题1 如图所示,有三根针和套在一根针上的n个金属片,按下列规则,把金属片从一根针上全部移到另一根针上.
(1)每次只能移动一个金属片;
(2)在每次移动过程中,每根针上较大的金属片不能放在较小的金属片上面.
将n个金属片从1号针移到3号针最少需要移动的次数记为an,你能发现an与an+1之间的关系吗?
提示 其实把n+1个金属片从1号针移到3号针,只需3步即可完成,第一步:把最大金属片上面的n个金属片移到2号位,需要an步;第二步:把最大的金属片移到3号位,需要1步;第三步:把2号位上的n个金属片移到3号位,需要an步,故an+1=2an+1.
知识梳理
一般地,如果已知一个数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))的第1项(或前几项),且任一项an与它的前一项an-1(或前几项)间的关系可以用一个公式来表示,那么这个公式就叫作这个数列的递推公式.
注意点:(1)通项公式反映的是an与n之间的关系;(2)递推关系是数列任意两个或多个相邻项之间的推导关系,需要知道首项,即可求数列中的每一项.
例2 若数列{an}满足a1=2,an+1=eq \f(1+an,1-an),n∈N*,求a2 021.
解 a2=eq \f(1+a1,1-a1)=eq \f(1+2,1-2)=-3,
a3=eq \f(1+a2,1-a2)=eq \f(1-3,1+3)=-eq \f(1,2),
a4=eq \f(1+a3,1-a3)=eq \f(1-\f(1,2),1+\f(1,2))=eq \f(1,3),
a5=eq \f(1+a4,1-a4)=eq \f(1+\f(1,3),1-\f(1,3))=2=a1,
…
∴{an}是周期为4的数列,
∴a2 021=a4×505+1=a1=2.
反思感悟 递推公式反映的是相邻两项(或n项)之间的关系.对于通项公式,已知n的值即可得到相应的项,而递推公式则要已知首项(或前几项),才可依次求得其他的项.若项数很大,则应考虑数列是否具有规律性.
跟踪训练2 已知数列{an}的首项a1=1,且满足an+1=eq \f(1,2)an+eq \f(1,2n),则此数列的第3项是( )
A.1 B.eq \f(1,2) C.eq \f(3,4) D.eq \f(5,8)
答案 C
解析 a1=1,a2=eq \f(1,2)a1+eq \f(1,2)=1,a3=eq \f(1,2)a2+eq \f(1,2×2)=eq \f(3,4).
三、由递推公式求通项公式
例3 (1)在数列{an}中,a1=1,an+1=an+eq \f(1,n)-eq \f(1,n+1),则an等于( )
A.eq \f(1,n) B.eq \f(2n-1,n) C.eq \f(n-1,n) D.eq \f(1,2n)
答案 B
解析 方法一 (归纳法) 数列的前5项分别为
a1=1,a2=1+1-eq \f(1,2)=2-eq \f(1,2)=eq \f(3,2),
a3=eq \f(3,2)+eq \f(1,2)-eq \f(1,3)=2-eq \f(1,3)=eq \f(5,3),
a4=eq \f(5,3)+eq \f(1,3)-eq \f(1,4)=2-eq \f(1,4)=eq \f(7,4),
a5=eq \f(7,4)+eq \f(1,4)-eq \f(1,5)=2-eq \f(1,5)=eq \f(9,5),
又a1=1,
由此可得数列的一个通项公式为
an=eq \f(2n-1,n).
方法二 (迭代法) a2=a1+1-eq \f(1,2),
a3=a2+eq \f(1,2)-eq \f(1,3),…,
an=an-1+eq \f(1,n-1)-eq \f(1,n)(n≥2),
则an=a1+1-eq \f(1,2)+eq \f(1,2)-eq \f(1,3)+eq \f(1,3)-eq \f(1,4)+…+eq \f(1,n-1)-eq \f(1,n)
=2-eq \f(1,n)=eq \f(2n-1,n)(n≥2).
又a1=1也适合上式,所以an=eq \f(2n-1,n)(n∈N*).
方法三 (累加法) an+1-an=eq \f(1,n)-eq \f(1,n+1),
a1=1,
a2-a1=1-eq \f(1,2),
a3-a2=eq \f(1,2)-eq \f(1,3),
a4-a3=eq \f(1,3)-eq \f(1,4),
…
an-an-1=eq \f(1,n-1)-eq \f(1,n)(n≥2),
以上各项相加得
an=1+1-eq \f(1,2)+eq \f(1,2)-eq \f(1,3)+…+eq \f(1,n-1)-eq \f(1,n).
所以an=eq \f(2n-1,n)(n≥2).
因为a1=1也适合上式,所以an=eq \f(2n-1,n)(n∈N*).
(2)已知数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))满足a1=1,an+1=eq \f(n,n+1)aneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n∈N*)),则an等于( )
A.n+1 B.n
C.eq \f(1,n+1) D.eq \f(1,n)
答案 D
解析 由题意,因为数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))满足an+1=eq \f(n,n+1)aneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n∈N*)),所以eq \f(an+1,an)=eq \f(n,n+1),
所以an=eq \f(an,an-1)·eq \f(an-1,an-2)·…·eq \f(a3,a2)·eq \f(a2,a1)·a1=eq \f(n-1,n)×eq \f(n-2,n-1)×…×eq \f(2,3)×eq \f(1,2)×1=eq \f(1,n).
反思感悟 由递推公式求通项公式的常用方法
(1)归纳法:根据数列的某项和递推公式,求出数列的前几项,归纳出通项公式.
(2)迭代法、累加法或累乘法,递推公式对应的有以下几类:
①an+1-an=常数,或an+1-an=f(n)(f(n)是可以求和的),使用累加法或迭代法;
②an+1=pan(p为非零常数),或an+1=f(n)an(f(n)是可以求积的),使用累乘法或迭代法;
③an+1=pan+q(p,q为非零常数),适当变形后转化为第②类解决.
跟踪训练3 (1)已知数列{an}满足a1=1,an=an-1+eq \r(n+1)-eq \r(n)(n≥2),求an.
解 因为an=an-1+eq \r(n+1)-eq \r(n)(n≥2),
所以an-an-1=eq \r(n+1)-eq \r(n).
所以an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1
=(eq \r(n+1)-eq \r(n))+(eq \r(n)-eq \r(n-1))+…+(eq \r(3)-eq \r(2))+1
=eq \r(n+1)-eq \r(2)+1.
又a1=1也符合上式,
所以an=eq \r(n+1)-eq \r(2)+1,n∈N*.
(2)已知数列{an}满足a1=1,ln an-ln an-1=1(n≥2),求an.
解 因为ln an-ln an-1=1,
所以lneq \f(an,an-1)=1,
即eq \f(an,an-1)=e(n≥2).
所以an=eq \f(an,an-1)·eq \f(an-1,an-2)·…·eq \f(a2,a1)·a1
=·1
=en-1(n≥2),
又a1=1也符合上式,
所以an=en-1,n∈N*.
四、数列的函数特征
问题2 在数列的通项公式中,给定任意的序号n,就会有唯一确定的an与其对应,这种情形与以往学的哪方面的知识有联系?
提示 函数.
知识梳理
通项公式就是数列的函数解析式,以前我们学过的函数的自变量通常是连续变化的,而数列是自变量为离散的数的函数.
注意点:(1)数列的通项公式实际上是一个以正整数集N*(或它的有限子集)为定义域的函数解析式.(2)数列还可以用列表法、图象法表示.
例4 已知数列{an}的通项公式是an=(n+1)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n,n∈N*.试问该数列有没有最大项?若有,求出最大项和最大项的序号;若没有,请说明理由.
解 方法一 an+1-an=(n+2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n+1-(n+1)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n=eq \f(9-n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n,11),
当n<9时,an+1-an>0,即an+1>an;
当n=9时,an+1-an=0,即an+1=an;
当n>9时,an+1-an<0,即an+1
故数列{an}有最大项,为第9项和第10项,且a9=a10=10×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))9.
方法二 根据题意,令eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(an-1≤an,,an≥an+1,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n-1≤n+1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n,,n+1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n≥n+2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))n+1,))
解得9≤n≤10.
又n∈N*,则n=9或n=10.故数列{an}有最大项,为第9项和第10项,且a9=a10=10×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,11)))9.
反思感悟 求数列最值的方法
(1)函数的单调性法:令an=f(n),通过研究f(n)的单调性来研究最大(小)项.
(2)不等式组法:先假设有最大(小)项.不妨设an最大,则满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(an≥an-1,,an≥an+1))(n≥2),解不等式组便可得到n的取值范围,从而确定n的值;求最小项用不等式组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(an≤an-1,,an≤an+1))(n≥2)求得n的取值范围,从而确定n的值.
跟踪训练4 已知数列an=n2-6n+5,则该数列中最小项的序号是( )
A.3 B.4 C.5 D.6
答案 A
解析 因为an=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n2-6n+9))-4=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-3))2-4,
所以当n=3时,an取得最小值.
1.知识清单:
(1)数列的递推公式.
(2)由递推公式求数列的通项公式.
(3)数列的函数特征.
2.方法归纳:归纳法、迭代法、累加法、累乘法.
3.常见误区:累加法、累乘法中不注意检验首项是否符合通项公式.
1.已知在数列{an}中,a1=2,an+1=an+n(n∈N*),则a4的值为( )
A.5 B.6 C.7 D.8
答案 D
解析 因为a1=2,an+1=an+n,
所以a2=a1+1=2+1=3,
a3=a2+2=3+2=5,
a4=a3+3=5+3=8.
2.在数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))中,an=eq \f(n+2,n+1),则eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))( )
A.是常数列 B.不是单调数列
C.是递增数列 D.是递减数列
答案 D
解析 在数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))中,an=eq \f(n+2,n+1)=1+eq \f(1,n+1),
由反比例函数的性质得eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))是递减数列.
3.已知数列{an}中,a1=1,a2=2,且an·an+2=an+1(n∈N*),则a2 021的值为( )
A.2 B.1 C.eq \f(1,2) D.eq \f(1,4)
答案 C
解析 an·an+2=an+1(n∈N*),
由a1=1,a2=2,得a3=2,
由a2=2,a3=2,得a4=1,
由a3=2,a4=1,得a5=eq \f(1,2),
由a4=1,a5=eq \f(1,2),得a6=eq \f(1,2),
由a5=eq \f(1,2),a6=eq \f(1,2),得a7=1,
由a6=eq \f(1,2),a7=1,得a8=2,
由此推理可得数列{an}是一个周期为6的周期数列,
所以a2 021=a336×6+5=a5=eq \f(1,2).
4.323是数列{n(n+2)}的第________项.
答案 17
解析 由an=n2+2n=323,解得n=17(负值舍去).
∴323是数列{n(n+2)}的第17项.
课时对点练
1.已知数列{an}满足an=4an-1+3(n≥2,n∈N*),且a1=0,则此数列的第5项是( )
A.15 B.255 C.16 D.63
答案 B
解析 由递推公式,得a2=3,a3=15,a4=63,a5=255.
2.数列eq \f(1,2),-eq \f(1,4),eq \f(1,8),-eq \f(1,16),…的第n项an与第n+1项an+1的关系是( )
A.an+1=2an B.an+1=-2an
C.an+1=eq \f(1,2)an D.an+1=-eq \f(1,2)an
答案 D
3.在数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))中,a1=eq \f(1,2),an+1=1-eq \f(1,an),则a2 021等于( )
A.eq \f(1,2) B.-1 C.2 D.3
答案 B
解析 当n=1时,a2=1-eq \f(1,a1)=-1;当n=2时,a3=1-eq \f(1,a2)=2;
当n=3时,a4=1-eq \f(1,a3)=eq \f(1,2)=a1;a5=1-eq \f(1,a4)=-1=a2;a6=2;…
所以数列{an}是一个周期为3的周期数列,故a2 021=a3×673+2=a2=-1.
4.已知数列{an}满足a1=2,an+1-an+1=0(n∈N*),则此数列的通项公式an等于( )
A.n2+1 B.n+1
C.1-n D.3-n
答案 D
解析 ∵an+1-an=-1.
∴当n≥2时,an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)=2+
=2+(-1)×(n-1)=3-n.
当n=1时,a1=2也符合上式.
故数列的通项公式an=3-n(n∈N*).
5.下列给出的图形中,星星的个数构成一个数列,则该数列的一个递推公式可以是( )
A.an+1=an+n,n∈N*
B.an=an-1+n,n∈N*,n≥2
C.an+1=an+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+1)),n∈N*,n≥2
D.an=an-1+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-1)),n∈N*,n≥2
答案 B
解析 结合图象易知,a1=1,a2=3=a1+2,a3=6=a2+3,a4=10=a3+4,
∴an=an-1+n,n∈N*,n≥2.
6.已知在数列{an}中,an=-2n2+25n+30(n∈N*),则数列中最大项的值是( )
A.107 B.108 C.108eq \f(1,8) D.109
答案 B
解析 由已知得an=-2n2+25n+30=-2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-\f(25,4)))2+108eq \f(1,8),由于n∈N*,故当n取距离eq \f(25,4)最近的正整数6时,an取得最大值108.∴数列{an}中最大项的值为a6=108.
7.已知在数列{an}中,a1a2…an=n2(n∈N*),则a9=______.
答案 eq \f(81,64)
解析 a1a2…a8=82,①
a1a2…a9=92,②
②÷①得,a9=eq \f(92,82)=eq \f(81,64).
8.数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))的通项公式是an=n2-7n+50,则数列中的最小项是________.
答案 38
解析 数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))的通项公式an=n2-7n+50=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n-\f(7,2)))2+eq \f(151,4),
因为n∈N*,所以当n=3或n=4时,an最小,此时a3=a4=38,
则数列中的最小项是38.
9.在数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(an))中,a1=1,an+1=eq \f(2an,2+an)(n∈N*).
(1)求a2,a3,a4;
(2)猜想an(不用证明).
解 (1)∵a1=1,an+1=eq \f(2an,2+an),
∴a2=eq \f(2a1,2+a1)=eq \f(2,3),a3=eq \f(2a2,2+a2)=eq \f(1,2),a4=eq \f(2a3,2+a3)=eq \f(2,5).
(2)猜想:an=eq \f(2,n+1).
10.在数列{an}中,a1=2,a17=66,通项公式是关于n的一次函数.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求a2 021.
解 (1)设an=kn+b(k≠0),
则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(k+b=2,,17k+b=66,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(k=4,,b=-2.))
∴an=4n-2,n∈N*.
(2)a2 021=4×2 021-2=8 082.
11.已知数列{an}满足a1>0,且an+1=eq \f(n,n+1)an,则数列{an}的最大项是( )
A.a1 B.a9
C.a10 D.不存在
答案 A
解析 因为a1>0,且an+1=eq \f(n,n+1)an,
所以an>0,
所以eq \f(an+1,an)=eq \f(n,n+1)<1,
所以an+1
故最大项为a1.
12.公元13世纪意大利数学家斐波那契在自己的著作《算盘书》中记载着这样一个数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34,…,满足an+2=an+1+an(n≥1),那么1+a2+a4+a6+…+a2 020等于( )
A.a2 021 B.a2 022 C.a2 023 D.a2 024
答案 A
解析 由于an+2=an+1+an(n≥1),
则1+a2+a4+a6+…+a2 020=a1+a2+a4+a6+…+a2 020=a3+a4+a6+…+a2 020=a5+a6+…+a2 020=a2 019+a2 020=a2 021.
13.已知an=eq \f(n2-21n,2),则数列{an}中相等的连续两项是( )
A.第9项,第10项
B.第10项,第11项
C.第11项,第12项
D.第12项,第13项
答案 B
解析 假设an=an+1,则有eq \f(n2-21n,2)=eq \f(n+12-21n+1,2),解得n=10,所以相等的连续两项是第10项和第11项.
14.设{an}是首项为1的正项数列,且(n+1)aeq \\al(2,n+1)-naeq \\al(2,n)+an+1an=0(n∈N*),则它的通项公式an=________.
答案 eq \f(1,n)
解析 方法一 (累乘法)
把(n+1)aeq \\al(2,n+1)-naeq \\al(2,n)+an+1an=0分解因式,
得[(n+1)an+1-nan](an+1+an)=0.
∵an>0,∴an+1+an>0,
∴(n+1)an+1-nan=0,
∴eq \f(an+1,an)=eq \f(n,n+1),
∴eq \f(a2,a1)·eq \f(a3,a2)·eq \f(a4,a3)·…·eq \f(an,an-1)
=eq \f(1,2)×eq \f(2,3)×eq \f(3,4)×…×eq \f(n-1,n)=eq \f(1,n)(n≥2),
∴eq \f(an,a1)=eq \f(1,n).
又∵a1=1,∴an=eq \f(1,n)a1=eq \f(1,n).
又a1=1也适合上式,
∴an=eq \f(1,n),n∈N*.
方法二 (迭代法)
同方法一,得eq \f(an+1,an)=eq \f(n,n+1),
∴an+1=eq \f(n,n+1)an,
∴an=eq \f(n-1,n)·an-1=eq \f(n-1,n)·eq \f(n-2,n-1)·an-2
=eq \f(n-1,n)·eq \f(n-2,n-1)·eq \f(n-3,n-2)·an-3=
…
=eq \f(n-1,n)·eq \f(n-2,n-1)·eq \f(n-3,n-2)·…·eq \f(1,2)a1=eq \f(1,n)a1.
又∵a1=1,∴an=eq \f(1,n).
方法三 (构造特殊数列法)
同方法一,得eq \f(an+1,an)=eq \f(n,n+1),
∴(n+1)an+1=nan,
∴数列{nan}是常数列,
∴nan=1·a1=1,
∴an=eq \f(1,n)(n∈N*).
15.在一个数列中,如果对任意n∈N*,都有anan+1an+2=k(k为常数),那么这个数列叫作等积数列,k叫作这个数列的公积.已知数列{an}是等积数列,且a1=1,a2=2,公积为8,则a1+a2+a3+…+a12=________.
答案 28
解析 依题意得数列{an}是周期为3的数列,
且a1=1,a2=2,a3=4,
因此a1+a2+a3+…+a12=4(a1+a2+a3)=4×(1+2+4)=28.
16.已知数列{an}满足:a1=m(m为正整数),an+1=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(an,2),an为偶数,,3an+1,an为奇数.))若a4=4,求m所有可能的取值.
解 若a3为奇数,则3a3+1=4,a3=1.
若a2为奇数,则3a2+1=1,a2=0(舍去),
若a2为偶数,则eq \f(a2,2)=1,a2=2.
若a1为奇数,则3a1+1=2,a1=eq \f(1,3)(舍去),
若a1为偶数,eq \f(a1,2)=2,a1=4;
若a3为偶数,则eq \f(a3,2)=4,a3=8.
若a2为奇数,则3a2+1=8,a2=eq \f(7,3)(舍去),
若a2为偶数,则eq \f(a2,2)=8,a2=16.
若a1为奇数,则3a1+1=16,a1=5,
若a1为偶数,则eq \f(a1,2)=16,a1=32.
故m所有可能的取值为4,5,32.
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