高考数学第一轮复习第六章 §6.6 数列中的综合问题
展开例1 (1)(2020·全国Ⅱ)北京天坛的圜丘坛为古代祭天的场所,分上、中、下三层.上层中心有一块圆形石板(称为天心石),环绕天心石砌9块扇面形石板构成第一环,向外每环依次增加9块.下一层的第一环比上一层的最后一环多9块,向外每环依次也增加9块,已知每层环数相同,且下层比中层多729块,则三层共有扇面形石板(不含天心石)( )
A.3 699块 B.3 474块
C.3 402块 D.3 339块
答案 C
解析 设每一层有n环,由题意可知,从内到外每环之间构成公差为d=9,首项为a1=9的等差数列.由等差数列的性质知Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等差数列,且(S3n-S2n)-(S2n-Sn)=n2d,则9n2=729,解得n=9,
则三层共有扇面形石板S3n=S27=27×9+eq \f(27×26,2)×9=3 402(块).
(2)某顾客在2022年1月1日采用分期付款的方式购买一辆价值2万元的家电,在购买一个月后2月1日第一次还款,且以后每个月1日等额还款一次,如果一年内还清全部贷款(12月1日最后一次还款),月利率为0.5%.按复利计算,则该顾客每个月应还款多少元?(精确到1元,参考值1.00510=1.05,1.00511=1.06)( )
A.1 767 B.1 818
C.1 923 D.1 946
答案 A
解析 设每月还款x元,共还款11个月,
所以x×(1.00510+1.0059+…+1.005+1)
=20 000×1.00511,
x=eq \f(20 000×1.00511,1+1.005+…+1.00510)
=eq \f(20 000×1.00511,\f(1-1.00511,1-1.005))
=eq \f(20 000×1.06,\f(1-1.06,-0.005))≈1 767.
思维升华 数列应用问题常见模型
(1)等差模型:后一个量比前一个量增加(或减少)的是同一个固定值.
(2)等比模型:后一个量与前一个量的比是同一个固定的非零常数.
(3)递推数列模型:如果题目中给出的前后两项之间的关系不固定,随项的变化而变化,那么应考虑an与an+1(或者相邻三项)之间的递推关系,或者Sn与Sn+1(或者相邻三项)之间的递推关系.
跟踪训练1 (1)(2022·佛山模拟)随着新一轮科技革命和产业变革持续推进,以数字化、网络化、智能化以及融合化为主要特征的新型基础设施建设越来越受到关注.5G基站建设就是“新基建”的众多工程之一,截至2020年底,我国已累计开通5G基站超70万个,未来将进一步完善基础网络体系,稳步推进5G网络建设,实现主要城区及部分重点乡镇5G网络覆盖.2021年1月计划新建设5万个5G基站,以后每个月比上一个月多建设1万个,预计我国累计开通500万个5G基站时要到( )
A.2022年12月 B.2023年2月
C.2023年4月 D.2023年6月
答案 B
解析 每个月开通5G基站的个数是以5为首项,1为公差的等差数列,
设预计我国累计开通500万个5G基站需要n个月,则70+5n+eq \f(nn-1,2)×1=500,
化简整理得,n2+9n-860=0,
解得n≈25.17或n≈-34.17(舍),
所以预计我国累计开通500万个5G基站需要25个月,也就是到2023年2月.
(2)(2022·潍坊模拟)南宋数学家杨辉所著的《详解九章算法·商功》中出现了如图所示的形状,后人称为“三角垛”.“三角垛”的最上层有1个球,第二层有3个球,第三层有6个球,…,设各层球数构成一个数列{an},则( )
A.a4=12
B.an+1=an+n
C.a100=5 050
D.2an+1=an·an+2
答案 C
解析 由题意知,a1=1,a2=3,a3=6,…,
an=an-1+n,故an=eq \f(nn+1,2),
∴a4=eq \f(4×4+1,2)=10,故A错误;
an+1=an+n+1,故B错误;
a100=eq \f(100×100+1,2)=5 050,故C正确;
2an+1=(n+1)(n+2),
an·an+2=eq \f(nn+1n+2n+3,4),
显然2an+1≠an·an+2,故D错误.
题型二 等差数列、等比数列的综合运算
例2 (2022·滨州模拟)已知等差数列{an}和等比数列{bn}满足a1=2,b2=4,an=2lg2bn,n∈N*.
(1)求数列{an},{bn}的通项公式;
(2)设数列{an}中不在数列{bn}中的项按从小到大的顺序构成数列{cn},记数列{cn}的前n项和为Sn,求S100.
解 (1)设等差数列{an}的公差为d,
因为b2=4,所以a2=2lg2b2=4,
所以d=a2-a1=2,
所以an=2+(n-1)×2=2n.
又an=2lg2bn,即2n=2lg2bn,
所以n=lg2bn,
所以bn=2n.
(2)由(1)得bn=2n=2·2n-1=a2n-1,
即bn是数列{an}中的第2n-1项.
设数列{an}的前n项和为Pn,数列{bn}的前n项和为Qn,
因为b7=a26=a64,b8=a27=a128,
所以数列{cn}的前100项是由数列{an}的前107项去掉数列{bn}的前7项后构成的,
所以S100=P107-Q7
=eq \f(107×2+214,2)-eq \f(2-28,1-2)=11 302.
教师备选
已知等差数列{an}的首项a1≠0,前n项和为Sn,且S4+a2=2S3;等比数列{bn}满足b1=a2,b2=a4.
(1)求证:数列{bn}中的每一项都是数列{an}中的项;
(2)若a1=2,设cn=eq \f(2,lg2bnlg2bn+1),求数列{cn}的前n项的和Tn;
(3)在(2)的条件下,若有f(n)=lg3Tn,求f(1)+f(2)+…+f(n)的最大值.
(1)证明 等差数列{an}的首项a1≠0,
设公差为d,由S4+a2=2S3,
可得4a1+6d+a1+d=2(3a1+3d),
所以a1=d,
所以an=a1+(n-1)d=nd,
等比数列{bn}满足b1=a2=2d,b2=a4=4d,
设公比为q,则公比q=eq \f(b2,b1)=2,
可得bn=2d·2n-1=2nd,
由d≠0,n∈N*,
可得2n∈N*,
所以数列{bn}中的每一项都是数列{an}中的项.
(2)解 若a1=2,
由(1)可得cn=eq \f(2,lg2bnlg2bn+1)
=eq \f(2,lg22n+1·lg22n+2)
=eq \f(2,n+1n+2)=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,n+1)-\f(1,n+2))),
则数列{cn}的前n项的和
Tn=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)-\f(1,3)+\f(1,3)-\f(1,4)+…+\f(1,n+1)-\f(1,n+2)))
=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)-\f(1,n+2)))
=eq \f(n,n+2).
(3)解 在(2)的条件下,
若f(n)=lg3Tn=lg3eq \f(n,n+2),
则f(1)+f(2)+…+f(n)=lg3eq \f(1,3)+lg3eq \f(2,4)+lg3eq \f(3,5)+lg3eq \f(4,6)+…+lg3eq \f(n,n+2)
=lg3eq \f(1×2×3×4×…×n,3×4×5×6×…×n+2)
=lg3eq \f(2,n+1n+2),
由lg3eq \f(2,n+1n+2)在n∈N*时单调递减,
可得n=1时,lg3eq \f(2,n+1n+2)取得最大值lg3eq \f(1,3)=-1,
故f(1)+f(2)+…+f(n)的最大值为-1.
思维升华 对等差、等比数列的综合问题,应重点分析等差、等比数列项之间的关系.数列的求和主要是等差、等比数列的求和及裂项相消法求和与错位相减法求和,本题中利用裂项相消法求数列的和,然后利用b1=1,d>0证明不等式成立.另外本题在探求{an}与{cn}的通项公式时,考查累加、累乘两种基本方法.
跟踪训练2 已知等差数列{an}和等比数列{bn}满足a1=b1=1,a2+a4=10,b2b4=a5.
(1)求{an}的通项公式;
(2)求b1+b3+b5+…+b2n-1.
解 (1)设等差数列{an}的公差为d.
因为a1=1,a2+a4=10,
所以2a1+4d=10,
解得d=2.
所以an=2n-1.
(2)设等比数列{bn}的公比为q.
因为b2b4=a5,
所以b1q·b1q3=9.
又b1=1,所以q2=3.
所以b2n-1=b1q2n-2=3n-1.
则b1+b3+b5+…+b2n-1
=1+3+32+…+3n-1=eq \f(3n-1,2).
题型三 数列与其他知识的交汇问题
命题点1 数列与不等式的交汇
例3 已知数列{an}满足a1=eq \f(1,2),eq \f(1,an+1)=eq \f(1,an)+2(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求证:aeq \\al(2,1)+aeq \\al(2,2)+aeq \\al(2,3)+…+aeq \\al(2,n)
所以eq \f(1,an+1)-eq \f(1,an)=2(n∈N*),
因为a1=eq \f(1,2),所以eq \f(1,a1)=2,
所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)))是以首项为2,公差为2的等差数列,所以eq \f(1,an)=2+2(n-1)=2n(n∈N*),
所以数列{an}的通项公式是an=eq \f(1,2n)(n∈N*).
(2)证明 依题意可知
aeq \\al(2,n)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n)))2=eq \f(1,4)·eq \f(1,n2)
所以aeq \\al(2,1)+aeq \\al(2,2)+aeq \\al(2,3)+…+aeq \\al(2,n)
例4 (2022·淄博模拟)已知在等比数列{an}中,首项a1=2,公比q>1,a2,a3是函数f(x)=eq \f(1,3)x3-6x2+32x的两个极值点,则数列{an}的前9项和是________.
答案 1 022
解析 由f(x)=eq \f(1,3)x3-6x2+32x,
得f′(x)=x2-12x+32,
又因为a2,a3是函数f(x)=eq \f(1,3)x3-6x2+32x的两个极值点,
所以a2,a3是函数f′(x)=x2-12x+32的两个零点,
故eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a2+a3=12,,a2·a3=32,))
因为q>1,所以a2=4,a3=8,故q=2,
则前9项和S9=eq \f(21-29,1-2)=210-2=1 022.
教师备选
1.已知函数f(x)=lg2x,若数列{an}的各项使得2,f(a1),f(a2),…,f(an),2n+4成等差数列,则数列{an}的前n项和Sn=______________.
答案 eq \f(16,3)(4n-1)
解析 设等差数列的公差为d,
则由题意,得2n+4=2+(n+1)d,解得d=2,
于是lg2a1=4,lg2a2=6,lg2a3=8,…,
从而a1=24,a2=26,a3=28,…,
易知数列{an}是等比数列,其公比q=eq \f(a2,a1)=4,
所以Sn=eq \f(244n-1,4-1)=eq \f(16,3)(4n-1).
2.求证:eq \f(1,2+1)+eq \f(2,22+2)+eq \f(3,23+3)+…+eq \f(n,2n+n)<2(n∈N*).
证明 因为eq \f(n,2n+n)
则eq \f(1,2)A=eq \f(1,22)+eq \f(2,23)+eq \f(3,24)+…+eq \f(n,2n+1),
两式相减得eq \f(1,2)A=eq \f(1,2)+eq \f(1,22)+eq \f(1,23)+…+eq \f(1,2n)-eq \f(n,2n+1)
=1-eq \f(1,2n)-eq \f(n,2n+1),
所以A=2-eq \f(n+2,2n)<2,即得证.
思维升华 数列与函数、不等式的综合问题关键在于通过函数关系寻找数列的递推关系,求出数列的通项或前n项和,再利用数列或数列对应的函数解决最值、范围问题,通过放缩进行不等式的证明.
跟踪训练3 (1)(2022·长春模拟)已知等比数列{an}满足:a1+a2=20,a2+a3=80.数列{bn}满足bn=lg2an,其前n项和为Sn,若eq \f(bn,Sn+11)≤λ恒成立,则λ的最小值为________.
答案 eq \f(6,23)
解析 设等比数列{an}的公比为q,
由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a1q=20,,a1q+a1q2=80,))
解得a1=4,q=4,
故{an}的通项公式为an=4n,n∈N*.
bn=lg2an=lg24n=2n,
Sn=2n+eq \f(1,2)n(n-1)·2=n2+n,
eq \f(bn,Sn+11)=eq \f(2n,n2+n+11)=eq \f(2,n+\f(11,n)+1),n∈N*,
令f(x)=x+eq \f(11,x),
则当x∈(0,eq \r(11))时,f(x)=x+eq \f(11,x)单调递减,
当x∈(eq \r(11),+∞)时,f(x)=x+eq \f(11,x)单调递增,
又∵f(3)=3+eq \f(11,3)=eq \f(20,3),f(4)=4+eq \f(11,4)=eq \f(27,4),
且n∈N*,∴n+eq \f(11,n)≥eq \f(20,3),
即eq \f(bn,Sn+11)≤eq \f(2,\f(20,3)+1)=eq \f(6,23),
故λ≥eq \f(6,23),故λ的最小值为eq \f(6,23).
(2)若Sn是公差不为0的等差数列{an}的前n项和,且S1,S2,S4成等比数列,S2=4.
①求数列{an}的通项公式;
②设bn=eq \f(3,anan+1),Tn是数列{bn}的前n项和,求使得Tn
则S1=a1,S2=2a1+d,S4=4a1+6d.
因为S1,S2,S4成等比数列,
所以a1·(4a1+6d)=(2a1+d)2.
所以2a1d=d2.
因为d≠0,所以d=2a1.
又因为S2=4,所以a1=1,d=2,
所以an=2n-1.
②因为bn=eq \f(3,anan+1)=eq \f(3,2n-12n+1)
=eq \f(3,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1))),
所以Tn=eq \f(3,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(1,3)+\f(1,3)-\f(1,5)+…+\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1)))
=eq \f(3,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(1,2n+1)))
因为m∈N*,
所以m的最小值为30.
课时精练
1.(2022·青岛模拟)从“①Sn=neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(a1,2)));②S2=a3,a4=a1a2;③a1=2,a4是a2,a8的等比中项.”三个条件中任选一个,补充到下面的横线处,并解答.
已知等差数列{an}的前n项和为Sn,公差d≠0,________,n∈N*.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=S2n+1-S2n,数列{bn}的前n项和为Wn,求Wn.
注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
解 (1)选①:
Sn=neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(a1,2)))=n2+eq \f(a1,2)n,
令n=1,得a1=1+eq \f(a1,2),即a1=2,
所以Sn=n2+n.
当n≥2时,Sn-1=(n-1)2+n-1,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n,又a1=2,满足上式,
所以an=2n.
选②:
由S2=a3,得a1+a2=a3,得a1=d,
又由a4=a1a2,得a1+3d=a1(a1+d),
因为d≠0,则a1=d=2,所以an=2n.
选③:
由a4是a2,a8的等比中项,得aeq \\al(2,4)=a2a8,
则(a1+3d)2=(a1+d)(a1+7d),
因为a1=2,d≠0,所以d=2,则an=2n.
(2)Sn=n2+n,bn=(2n+1)2+2n+1-(2n)2-2n
=3·22n+2n,
所以Wn=3×22+2+3×24+22+…+3×22n+2n=eq \f(12×1-4n,1-4)+eq \f(2×1-2n,1-2)=4(4n-1)+2(2n-1)=4n+1+2n+1-6.
2.(2022·沈阳模拟)已知正项数列{an}的前n项和为Sn,且aeq \\al(2,n+1)=2Sn+n+1,a2=2.
(1)求数列{an}的通项公式an;
(2)若bn=an·2n,数列{bn}的前n项和为Tn,求使Tn>2 022的最小的正整数n的值.
解 (1)当n≥2时,
由aeq \\al(2,n+1)=2Sn+n+1,a2=2,
得aeq \\al(2,n)=2Sn-1+n-1+1,
两式相减得aeq \\al(2,n+1)-aeq \\al(2,n)=2an+1,
即aeq \\al(2,n+1)=aeq \\al(2,n)+2an+1=(an+1)2.
∵{an}是正项数列,∴an+1=an+1.
当n=1时,aeq \\al(2,2)=2a1+2=4,
∴a1=1,∴a2-a1=1,
∴数列{an}是以a1=1为首项,1为公差的等差数列,∴an=n.
(2)由(1)知bn=an·2n=n·2n,
∴Tn=1×21+2×22+3×23+…+n·2n,
2Tn=1×22+2×23+…+(n-1)·2n+n·2n+1,
两式相减得-Tn=eq \f(2·1-2n,1-2)-n·2n+1
=(1-n)2n+1-2,
∴Tn=(n-1)2n+1+2.
∴Tn-Tn-1=n·2n>0,
∴Tn单调递增.
当n=7时,T7=6×28+2=1 538<2 022,
当n=8时,T8=7×29+2=3 586>2 022,
∴使Tn>2 022的最小的正整数n的值为8.
3.(2022·大连模拟)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,S5=25,且a3-1,a4+1,a7+3成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=(-1)nan+1,Tn是数列{bn}的前n项和,求T2n.
解 (1)由题意知,等差数列{an}的前n项和为Sn,由S5=25,可得S5=5a3=25,所以a3=5,
设数列{an}的公差为d,
由a3-1,a4+1,a7+3成等比数列,
可得(6+d)2=4(8+4d),
整理得d2-4d+4=0,解得d=2,
所以an=a3+(n-3)d=2n-1.
(2)由(1)知
bn=(-1)nan+1=(-1)n(2n-1)+1,
所以T2n=(-1+1)+(3+1)+(-5+1)+(7+1)+…+[-(4n-3)+1]+(4n-1+1)=4n.
4.已知数列{an}是公差不为0的等差数列,其前n项和为Sn,满足S5=35,且a1,a4,a13成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=eq \f(4,a\\al(2,n)-1),数列{bn}的前n项和为Tn,实数λ使得eq \f(λ,Sn)+Tn+1≤3对任意n∈N*恒成立,求λ的取值范围.
解 (1)设数列{an}的公差为d,d≠0,
因为{an}是等差数列,
所以S5=eq \f(5a1+a5,2)=5a3=35,
故a3=7,
又a1,a4,a13成等比数列,
所以aeq \\al(2,4)=a1a13,
故(a3+d)2=(a3-2d)(a3+10d),
将a3=7代入得(7+d)2=(7-2d)(7+10d),
即d(d-2)=0,
又知d≠0,故d=2,
所以an=a3+(n-3)d=7+2(n-3)=2n+1.
(2)由(1)知,Sn=eq \f(n3+2n+1,2)=n(n+2),
故bn=eq \f(4,2n+12-1)=eq \f(1,nn+1)
=eq \f(1,n)-eq \f(1,n+1),
所以Tn=b1+b2+…+bn
=1-eq \f(1,2)+eq \f(1,2)-eq \f(1,3)+…+eq \f(1,n)-eq \f(1,n+1)
=1-eq \f(1,n+1),
即Tn+1=1-eq \f(1,n+2),
故eq \f(λ,Sn)+Tn+1=eq \f(λ,nn+2)+1-eq \f(1,n+2)≤3,
即λ≤n(n+2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2+\f(1,n+2)))=2n2+5n对任意n∈N*恒成立,
令f(x)=2x2+5x,
则f(x)=2x2+5x=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(5,4)))2-eq \f(25,8)在x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(5,4),+∞))上单调递增,
故f(n)=2n2+5n在n∈N*时单调递增,
f(n)min=f(1)=7,
所以λ≤f(n)min=7,故λ的取值范围为(-∞,7].
5.已知等差数列{an}的公差为2,前n项和为Sn,且S1,S2,S4成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)令bn=(-1)n-1eq \f(4n,anan+1),求数列{bn}的前n项和Tn.
解 (1)∵等差数列{an}的公差为2,前n项和为Sn,且S1,S2,S4成等比数列,
∴Sn=na1+n(n-1),
(2a1+2)2=a1(4a1+12),
解得a1=1,∴an=2n-1.
(2)由(1)可得bn=(-1)n-1eq \f(4n,anan+1)
=(-1)n-1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-1)+\f(1,2n+1))),
当n为偶数时,
Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,3)))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)+\f(1,5)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)+\f(1,7)))-…
+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-3)+\f(1,2n-1)))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-1)+\f(1,2n+1)))
=1-eq \f(1,2n+1)=eq \f(2n,2n+1);
当n为奇数时,
Tn=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,3)))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)+\f(1,5)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)+\f(1,7)))-…
-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-3)+\f(1,2n-1)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-1)+\f(1,2n+1)))
=1+eq \f(1,2n+1)=eq \f(2n+2,2n+1).
∴Tn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(2n,2n+1),n为偶数,,\f(2n+2,2n+1),n为奇数.))
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2024年数学高考大一轮复习第六章 §6.6 数列中的综合问题: 这是一份2024年数学高考大一轮复习第六章 §6.6 数列中的综合问题,共4页。试卷主要包含了设n∈N*,有三个条件等内容,欢迎下载使用。
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