
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2019版高考数学(理)一轮精选教师用书人教通用:第6章2第2讲 等差数列及其前n项和
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第2讲 等差数列及其前n项和
1.等差数列的有关概念
(1)定义: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.符号表示为an+1-an=d(n∈N*,d为常数).
(2)等差中项:数列a,A,b成等差数列的充要条件是A=,其中A叫做a,b的等差中项.
2.等差数列的有关公式
(1)通项公式:an=a1+(n-1)d.
(2)前n项和公式:Sn=na1+d=.
3.等差数列的性质
已知数列{an}是等差数列,Sn是其前n项和.
(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an.
(3)若{an}的公差为d,则{a2n}也是等差数列,公差为2d.
(4)若{bn}是等差数列,则{pan+qbn}也是等差数列.
(5)数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…构成等差数列.
4.等差数列的增减性与最值
公差d>0时为递增数列,且当a1<0时,前n项和Sn有最小值;公差d<0时为递减数列,且当a1>0时,前n项和Sn有最大值.
5.等差数列与一次函数的关系
由等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d可得an=dn+(a1-d),如果设p=d,q=a1-d,那么an=pn+q,其中p,q是常数.当p≠0时,(n,an)在一次函数y=px+q的图象上,即公差不为零的等差数列的图象是直线y=px+q上的均匀排开的一群孤立的点.当p=0时,an=q,等差数列为常数列,此时数列的图象是平行于x轴的直线(或x轴)上的均匀排开的一群孤立的点.
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都是常数,则这个数列是等差数列.( )
(2)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.( )
(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)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.( )
(5)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的.( )
(6)等差数列的前n项和公式是常数项为0的二次函数.( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
(2017·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a4+a5=24,S6=48,则{an}的公差为( )
A.1 B.2
C.4 D.8
解析:选C.设等差数列{an}的公差为d,
所以所以d=4,故选C.
(教材习题改编)设Sn是等差数列{an}的前n项和,若a1+a3+a5=3,则S5=( )
A.5 B.7
C.9 D.11
解析:选A.法一:因为a1+a5=2a3,所以a1+a3+a5=3a3=3,所以a3=1,所以S5==5a3=5,故选A.
法二:因为a1+a3+a5=a1+(a1+2d)+(a1+4d)=3a1+6d=3,
所以a1+2d=1,
所以S5=5a1+d=5(a1+2d)=5,故选A.
(教材习题改编)在等差数列11,8,5,…中,-49是它的第________项.
解析:a1=11,d=8-11=-3,
所以an=11+(n-1)×(-3)=-3n+14.
由-3n+14=-49,得n=21.
答案:21
已知数列{an}中,a1=1,an=an-1+(n≥2),则数列{an}的前9项和等于________.
解析:由a1=1,an=an-1+(n≥2),可知数列{an}是首项为1,公差为的等差数列,故S9=9a1+×=9+18=27.
答案:27
等差数列的基本运算(高频考点)
等差数列基本量的计算是高考的常考内容,多出现在选择题、填空题或解答题的第(1)问中,属容易题.高考对等差数列的基本运算的考查常有以下三个命题角度:
(1)求公差d、项数n或首项a1;
(2)求通项或特定项;
(3)求前n项和.
[典例引领]
角度一 求公差d、项数n或首项a1
(2018·洛阳市第一次统一考试)等差数列{an}为递增数列,若a+a=101,a5+a6=11,则数列{an}的公差d等于( )
A.1 B.2
C.9 D.10
【解析】 依题意得(a1+a10)2-2a1a10=(a5+a6)2-2a1a10=121-2a1a10=101,所以a1a10=10,又a1+a10=a5+a6=11,a1
【答案】 A
角度二 求通项或特定项
(方程思想)已知正项等差数列{an}的前n项和为Sn,且满足 a1+a5=a,S7=63.求数列{an}的通项公式.
【解】 法一:设正项等差数列{an}的公差为d,
则由题意得
即
又因为an>0,所以a3=a1+2d>0,
所以
所以
所以an=3+(n-1)×2=2n+1(n∈N*).
法二:设正项等差数列{an}的公差为d.
因为{an}是等差数列,且a1+a5=a,
所以2a3=a,又an>0,所以a3=7.
因为S7==7a4=63,所以a4=9.
所以d=a4-a3=2,
所以an=a3+(n-3)d=2n+1(n∈N*).
角度三 求前n项和
设Sn为等差数列{an}的前n项和,a12=-8,S9=-9,则S16=________.
【解析】 法一:设等差数列{an}的公差为d,
由已知,得解得
所以S16=16×3+×(-1)=-72.
法二:由S9=9a5=-9,
所以a5=-1,S16==8(a5+a12)=-72.
【答案】 -72
等差数列基本运算的方法策略
(1)等差数列中包含a1,d,n,an,Sn五个量,可知三求二.解决这类问题一般设基本量a1,d,利用等差数列的通项公式与求和公式列方程(组)求解,体现方程思想.
(2)如果已知等差数列中有几项的和是常数的计算问题,一般是等差数列的性质和等差数列求和公式Sn=结合使用,体现整体代入的思想.
[通关练习]
1.(2017·高考全国卷Ⅲ)等差数列{an}的首项为1,公差不为0.若a2,a3,a6成等比数列,则{an}前6项的和为( )
A.-24 B.-3
C.3 D.8
解析:选A.设等差数列{an}的公差为d,因为a2,a3,a6成等比数列,所以a2a6=a,即(a1+d)(a1+5d)=(a1+2d)2,又a1=1,所以d2+2d=0,又d≠0,则d=-2,所以a6=a1+5d=-9,所以{an}前6项的和S6=×6=-24.
2.在等差数列{an}中,a4=2,且a1+a2+…+a10=65,则公差d的值是( )
A.4 B.3
C.1 D.2
解析:选B.因为在等差数列{an}中,a4=2,且a1+a2+…+a10=65,
所以
解得a1=-7,d=3.
所以公差d的值是3.
3.已知等差数列{an}中,a1=1,a3=-3,Sk=-35,则k=________.
解析:设等差数列{an}的公差为d,
则an=a1+(n-1)d,
由于a1=1,a3=-3,又a3=a1+2d,
所以d=-2,因此an=3-2n.
得Sn=n=2n-n2,
所以Sk=2k-k2=-35,即k2-2k-35=0,
解得k=7或k=-5,又因为k∈N*,所以k=7.
答案:7
等差数列的判定与证明
[典例引领]
(2018·贵州省适应性考试)已知数列{an}满足a1=1,且nan+1-(n+1)an=2n2+2n.
(1)求a2,a3;
(2)证明数列是等差数列,并求{an}的通项公式.
【解】 (1)由已知,得a2-2a1=4,
则a2=2a1+4,又a1=1,所以a2=6.
由2a3-3a2=12,
得2a3=12+3a2,所以a3=15.
(2)由已知nan+1-(n+1)an=2n(n+1),
得=2,即-=2,
所以数列是首项=1,公差d=2的等差数列.
则=1+2(n-1)=2n-1,所以an=2n2-n.
判定数列{an}是等差数列的常用方法
(1)定义法:对任意n∈N*,an+1-an是同一个常数.
(2)等差中项法:对任意n≥2,n∈N*,满足2an=an+1+an-1.
(3)通项公式法:数列的通项公式an是n的一次函数.
(4)前n项和公式法:数列的前n项和公式Sn是n的二次函数,且常数项为0.
[提醒] 判断是否为等差数列,最终一般都要转化为定义法判断.
[通关练习]
1.(2018·云南省11校跨区调研)在数列{an}中,a1=3,an+1=,则a4=( )
A. B.1
C. D.
解析:选A.依题意得==+,-=,数列是以=为首项、为公差的等差数列,则=+=,an=,a4=,选A.
2.设数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=2n-1.数列{bn}满足b1=2,bn+1-2bn=8an.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)证明:数列为等差数列,并求{bn}的通项公式.
解:(1)当n=1时,a1=S1=21-1=1;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(2n-1)-(2n-1-1)=2n-1.
因为a1=1适合通项公式an=2n-1,
所以an=2n-1.
(2)因为bn+1-2bn=8an,
所以bn+1-2bn=2n+2,即-=2.
又=1,
所以是首项为1,公差为2的等差数列.
所以=1+2(n-1)=2n-1.
所以bn=(2n-1)×2n.
等差数列的性质及应用(高频考点)
等差数列的性质是高考的常考内容,题型既有选择题、填空题,也有解答题,难度为中、低档题.高考对等差数列的性质的考查常有以下三个命题角度:
(1)等差数列项的性质的应用;
(2)等差数列前n项和的性质的应用;
(3)等差数列前n项和的最值.
[典例引领]
角度一 等差数列项的性质的应用
(1)(2018·太原市模拟试题)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,2(a1+a3+a5)+3(a8+a10)=36,则S11=( )
A.66 B.55
C.44 D.33
(2)一个等差数列的前12项的和为354,前12项中偶数项的和与奇数项的和的比为32∶27,求该数列的公差d.
【解】 (1)选D.法一:设等差数列{an}的公差为d,因为2(a1+a3+a5)+3(a8+a10)=36,所以12a1+60d=36,即a1+5d=3,
所以a6=3,所以S11===11a6=33,故选D.
法二:因为a1+a5=2a3,a8+a10=2a9,
所以2(a1+a3+a5)+3(a8+a10)=6a3+6a9=36,
所以a3+a9=6,
所以S11===33,故选D.
(2)设等差数列的前12项中奇数项的和为S奇,偶数项的和为S偶,等差数列的公差为d.
由已知条件,得
解得
又S偶-S奇=6d,所以d==5.
角度二 等差数列前n项和的性质的应用
等差数列{an}的前m项和为30,前3m项和为90,则它的前2m项和为________.
【解析】 由Sm,S2m-Sm,S3m-S2m成等差数列,
可得2(S2m-Sm)=Sm+S3m-S2m,
即S2m===60.
【答案】 60
角度三 等差数列的前n项和的最值
在等差数列{an}中,已知a1=10,前n项和为Sn,若S9=S12,则Sn取得最大值时,n=________,Sn的最大值为________.
【解析】 法一:因为a1=10,S9=S12,
所以9×10+d=12×10+d,
所以d=-1.
所以an=-n+11.
所以a11=0,即当n≤10时,an>0,
当n≥12时,an<0,
所以当n=10或11时,Sn取得最大值,且最大值为
S10=S11=10×10+×(-1)=55.
法二:同法一求得d=-1.
所以Sn=10n+·(-1)=-n2+n
=-+.
因为n∈N*,所以当n=10或11时,Sn有最大值,且最大值为S10=S11=55.
法三:同法一求得d=-1.
又由S9=S12得a10+a11+a12=0.
所以3a11=0,即a11=0.
所以当n=10或11时,Sn有最大值.
且最大值为S10=S11=55.
【答案】 10或11 55
(1)等差数列和的性质
在等差数列{an}中,Sn为其前n项和,则
①S2n=n(a1+a2n)=…=n(an+an+1).
②S2n-1=(2n-1)an.
③当项数为偶数2n时,S偶-S奇=nd;项数为奇数2n-1时,S奇-S偶=a中,S奇∶S偶=n∶(n-1).
(2)求等差数列前n项和Sn最值的两种方法
①函数法:利用等差数列前n项和的函数表达式Sn=an2+bn,通过配方结合图象借助求二次函数最值的方法求解.
②邻项变号法:
〈1〉当a1>0,d<0时,满足的项数m使得Sn取得最大值为Sm;
〈2〉当a1<0,d>0时,满足的项数m使得Sn取得最小值为Sm.
[通关练习]
1.(2016·高考全国卷Ⅰ)已知等差数列{an}前9项的和为27,a10=8,则a100=( )
A.100 B.99
C.98 D.97
解析:选C.设等差数列{an}的公差为d,因为{an}为等差数列,且S9=9a5=27,所以a5=3.又a10=8,解得5d=a10-a5=5,所以d=1,所以a100=a5+95d=98,选C.
2.设Sn是等差数列{an}的前n项和,若=,则=( )
A.1 B.-1
C.2 D.
解析:选A.===×=1.
3.(2018·湖南省湘中名校高三联考)若{an}是等差数列,首项a1>0,a2 016+a2 017>0,a2 016·
a2 017<0,则使前n项和Sn>0成立的最大正整数n是( )
A.2 016 B.2 017
C.4 032 D.4 033
解析:选C.因为a1>0,a2 016+a2 017>0,a2 016·a2 017<0,所以d<0,a2 016>0,a2 017<0,所以S4 032==>0,S4 033==
4 033a2 017<0,所以使前n项和Sn>0成立的最大正整数n是4 032.
等差数列{an}的通项公式an=a1+(n-1)d可变形为an=dn+(a1-d).
若d=0,则an=a1,其是常数函数;
若d≠0,则an是关于n的一次函数.
(n,an)是直线y=dx+(a1-d)上一群孤立的点.
单调性:d>0时,{an}为单调递增数列;d<0时,{an}为单调递减数列.
等差数列{an}的前n项和Sn可表示为Sn=n2+n,令A=,B=a1-,则Sn=An2+Bn.
当A≠0,即d≠0时,Sn是关于n的二次函数,(n,Sn)在二次函数y=Ax2+Bx的图象上,为抛物线y=Ax2+Bx上一群孤立的点.利用此性质可解决前n项和Sn的最值问题.
易错防范
(1)要注意概念中的“从第2项起”.如果一个数列不是从第2项起,而是从第3项或第4项起,每一项与它前一项的差是同一个常数,那么此数列不是等差数列.
(2)注意区分等差数列定义中同一个常数与常数的区别.
1.在等差数列{an}中,a1+a5=8,a4=7,则a5=( )
A.11 B.10
C.7 D.3
解析:选B.设数列{an}的公差为d,则有解得所以a5=-2+4×3=10.
2.(2018·兰州市诊断考试)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若a1=2,a8+a10=28,则S9=( )
A.36 B.72
C.144 D.288
解析:选B.法一:因为a8+a10=2a1+16d=28,a1=2,所以d=,所以S9=9×2+×=72.
法二:因为a8+a10=2a9=28,所以a9=14,所以S9==72.
3.已知数列{an}满足a1=15,且3an+1=3an-2,若ak·ak+1<0,则正整数k=( )
A.21 B.22
C.23 D.24
解析:选C.3an+1=3an-2⇒an+1=an-⇒{an}是等差数列,则an=-n.因为ak·ak+1<0,所以<0,所以
4.(2018·湖南衡阳八中、长郡中学等十三校模拟)等差数列{an}的公差d≠0,且a3,a5,a15成等比数列,若a5=5,Sn为数列{an}的前n项和,则数列的前n项和取最小值时的n为( )
A.3 B.3或4
C.4或5 D.5
解析:选B.由题意知
由d≠0,解得a1=-3,d=2,
所以==-3+n-1=n-4,
由n-4≥0,得n≥4,
所以数列的前n项和取最小值时的n为3或4.故选B.
5.(2018·衡水中学二调)今有良马与驽马发长安至齐,齐去长安一千一百二十五里,良马初日行一百零三里,日增十三里;驽马初日行九十七里,日减半里;良马先至齐,复还迎驽马,问:几何日相逢?( )
A.12日 B.16日
C.8日 D.9日
解析:选D.由题易知良马每日所行里数构成一等差数列,其通项公式为an=103+13(n-1)=13n+90,驽马每日所行里数也构成一等差数列,其通项公式为bn=97-(n-1)=-n+,二马相逢时所走路程之和为2×1 125=2 250,所以+=2 250,即+=2 250,化简得n2+31n-360=0,解得n=9或n=-40(舍去),故选D.
6.已知等差数列{an}的公差d≠0,且a3+a9=a10-a8.若an=0,则n=________.
解析:因为a3+a9=a10-a8,
所以a1+2d+a1+8d=a1+9d-(a1+7d),
解得a1=-4d,
所以an=-4d+(n-1)d=(n-5)d,
令(n-5)d=0(d≠0),可解得n=5.
答案:5
7.(2018·重庆适应性测试(二))设Sn是等差数列{an}的前n项和,S10=16,S100-S90=24,则S100=________.
解析:依题意,S10,S20-S10,S30-S20,…,S100-S90依次成等差数列,设该等差数列的公差为d.又S10=16,S100-S90=24,因此S100-S90=24=16+(10-1)d=16+9d,解得d=,因此S100=10S10+d=10×16+×=200.
答案:200
8.在等差数列{an}中,a1=7,公差为d,前n项和为Sn,当且仅当n=8时Sn取得最大值,则d的取值范围为________.
解析:由题意,当且仅当n=8时,Sn取得最大值,说明
所以所以-1<d<-.
答案:
9.已知数列{an}满足:a3=-13,an=an-1+4(n>1,n∈N*).
(1)求a1,a2及通项公式an;
(2)设Sn为数列{an}的前n项和,则数列S1,S2,S3,…中哪一项最小?
解:(1)因为数列{an}满足a3=-13,an=an-1+4,
所以an-an-1=4,
即数列{an}为等差数列且公差为d=4,
所以a2=a3-d=-13-4=-17,
a1=a2-d=-17-4=-21,
所以通项公式an=a1+(n-1)d=-21+4(n-1)=4n-25.
(2)令an=4n-25≥0可解得n≥,
所以数列{an}的前6项为负值,从第7项开始为正数,
所以数列S1,S2,S3,…中S6最小.
10.在公差为d的等差数列{an}中,已知a1=10,且a1,2a2+2,5a3成等比数列.
(1)求d,an;
(2)若d<0,求|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|.
解:(1)由题意得,a1·5a3=(2a2+2)2,由a1=10,{an}为公差为d的等差数列得,d2-3d-4=0,
解得d=-1或d=4.
所以an=-n+11(n∈N*)或an=4n+6(n∈N*).
(2)设数列{an}的前n项和为Sn.
因为d<0,由(1)得d=-1,an=-n+11,
所以当n≤11时,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=Sn=
-n2+n;
当n≥12时,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=-Sn+2S11=n2-n+110.
综上所述,
|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|
=
1.(2018·安徽省两校阶段性测试)已知数列{an}是首项为a,公差为1的等差数列,数列{bn}满足bn=.若对任意的n∈N*,都有bn≥b8成立,则实数a的取值范围是( )
A.(-8,-7) B.[-8,-7)
C.(-8,-7] D.[-8,-7]
解析:选A.因为{an}是首项为a,公差为1的等差数列,所以an=n+a-1,因为bn=,又对任意的n∈N*,都有bn≥b8成立,所以1+≥1+,即≥对任意的n∈N*恒成立,因为数列{an}是公差为1的等差数列,所以{an}是单调递增的数列,所以,即,解得-8 2.(2018·石家庄市第一次模拟)已知函数f(x)的图象关于直线x=-1对称,且f(x)在(-1,+∞)上单调,若数列{an}是公差不为0的等差数列,且f(a50)=f(a51),则数列{an}的前100项的和为( )
A.-200 B.-100
C.-50 D.0
解析:选B.因为函数f(x)的图象关于直线x=-1对称,又函数f(x)在(-1,+∞)上单调,数列{an}是公差不为0的等差数列,且f(a50)=f(a51),所以a50+a51=-2,所以S100==50(a50+a51)=-100,故选B.
3.(2018·兰州市诊断考试)已知数列{an}中,a1=1,Sn为数列{an}的前n项和,且当n≥2时,有=1成立,则S2 017=________.
解析:当n≥2时,由=1,得2(Sn-Sn-1)=(Sn-Sn-1)Sn-S=-SnSn-1,所以-=1,又=2,所以是以2为首项,1为公差的等差数列,所以=n+1,故Sn=,则S2 017=.
答案:
4.(2018·安徽省淮南模拟)设数列{an}的前n项和为Sn,若为常数,则称数列{an}为“精致数列”.已知等差数列{bn}的首项为1,公差不为0,若数列{bn}为“精致数列”,则数列{bn}的通项公式为________.
解析:设等差数列{bn}的公差为d,由为常数,设=k且b1=1,得n+n(n-1)d=k,即2+(n-1)d=4k+2k(2n-1)d,整理得(4k-1)dn+(2k-1)(2-d)=0.因为对任意正整数n,上式恒成立,所以解得d=2,k=,所以数列{bn}的通项公式为bn=2n-1(n∈N*).
答案:bn=2n-1(n∈N*)
5.已知{an}是公差为d的等差数列,它的前n项和为Sn,S4=2S2+4,数列{bn}中,bn=.
(1)求公差d的值;
(2)若a1=-,求数列{bn}中的最大项和最小项的值.
解:(1)因为S4=2S2+4,所以4a1+d=2(2a1+d)+4,解得d=1.
(2)因为a1=-,
所以数列{an}的通项公式为an=a1+(n-1)=n-,
所以bn=1+=1+.
因为函数f(x)=1+在和上分别是单调减函数,
所以b3
所以数列{bn}中的最大项的值是b4=3,最小项的值是b3=-1.
6.(2018·洛阳市第一次统一考试)已知数列{an}的前n项和为Sn,an≠0,a1=1,且2anan+1=4Sn-3(n∈N*).
(1)求a2的值并证明:an+2-an=2;
(2)求数列{an}的通项公式.
解:(1)令n=1得2a1a2=4S1-3,
又a1=1,所以a2=.
2anan+1=4Sn-3,①
2an+1an+2=4Sn+1-3.②
②-①得,2an+1(an+2-an)=4an+1.
因为an≠0,所以an+2-an=2.
(2)由(1)可知:
数列a1,a3,a5,…,a2k-1,…为等差数列,公差为2,首项为1,
所以a2k-1=1+2(k-1)=2k-1,
即n为奇数时,an=n.
数列a2,a4,a6,…,a2k,…为等差数列,公差为2,首项为,
所以a2k=+2(k-1)=2k-,
即n为偶数时,an=n-.
综上所述,an=.
1.等差数列的有关概念
(1)定义: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.符号表示为an+1-an=d(n∈N*,d为常数).
(2)等差中项:数列a,A,b成等差数列的充要条件是A=,其中A叫做a,b的等差中项.
2.等差数列的有关公式
(1)通项公式:an=a1+(n-1)d.
(2)前n项和公式:Sn=na1+d=.
3.等差数列的性质
已知数列{an}是等差数列,Sn是其前n项和.
(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an.
(3)若{an}的公差为d,则{a2n}也是等差数列,公差为2d.
(4)若{bn}是等差数列,则{pan+qbn}也是等差数列.
(5)数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…构成等差数列.
4.等差数列的增减性与最值
公差d>0时为递增数列,且当a1<0时,前n项和Sn有最小值;公差d<0时为递减数列,且当a1>0时,前n项和Sn有最大值.
5.等差数列与一次函数的关系
由等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d可得an=dn+(a1-d),如果设p=d,q=a1-d,那么an=pn+q,其中p,q是常数.当p≠0时,(n,an)在一次函数y=px+q的图象上,即公差不为零的等差数列的图象是直线y=px+q上的均匀排开的一群孤立的点.当p=0时,an=q,等差数列为常数列,此时数列的图象是平行于x轴的直线(或x轴)上的均匀排开的一群孤立的点.
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都是常数,则这个数列是等差数列.( )
(2)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.( )
(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)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.( )
(5)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的.( )
(6)等差数列的前n项和公式是常数项为0的二次函数.( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
(2017·高考全国卷Ⅰ)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a4+a5=24,S6=48,则{an}的公差为( )
A.1 B.2
C.4 D.8
解析:选C.设等差数列{an}的公差为d,
所以所以d=4,故选C.
(教材习题改编)设Sn是等差数列{an}的前n项和,若a1+a3+a5=3,则S5=( )
A.5 B.7
C.9 D.11
解析:选A.法一:因为a1+a5=2a3,所以a1+a3+a5=3a3=3,所以a3=1,所以S5==5a3=5,故选A.
法二:因为a1+a3+a5=a1+(a1+2d)+(a1+4d)=3a1+6d=3,
所以a1+2d=1,
所以S5=5a1+d=5(a1+2d)=5,故选A.
(教材习题改编)在等差数列11,8,5,…中,-49是它的第________项.
解析:a1=11,d=8-11=-3,
所以an=11+(n-1)×(-3)=-3n+14.
由-3n+14=-49,得n=21.
答案:21
已知数列{an}中,a1=1,an=an-1+(n≥2),则数列{an}的前9项和等于________.
解析:由a1=1,an=an-1+(n≥2),可知数列{an}是首项为1,公差为的等差数列,故S9=9a1+×=9+18=27.
答案:27
等差数列的基本运算(高频考点)
等差数列基本量的计算是高考的常考内容,多出现在选择题、填空题或解答题的第(1)问中,属容易题.高考对等差数列的基本运算的考查常有以下三个命题角度:
(1)求公差d、项数n或首项a1;
(2)求通项或特定项;
(3)求前n项和.
[典例引领]
角度一 求公差d、项数n或首项a1
(2018·洛阳市第一次统一考试)等差数列{an}为递增数列,若a+a=101,a5+a6=11,则数列{an}的公差d等于( )
A.1 B.2
C.9 D.10
【解析】 依题意得(a1+a10)2-2a1a10=(a5+a6)2-2a1a10=121-2a1a10=101,所以a1a10=10,又a1+a10=a5+a6=11,a1
角度二 求通项或特定项
(方程思想)已知正项等差数列{an}的前n项和为Sn,且满足 a1+a5=a,S7=63.求数列{an}的通项公式.
【解】 法一:设正项等差数列{an}的公差为d,
则由题意得
即
又因为an>0,所以a3=a1+2d>0,
所以
所以
所以an=3+(n-1)×2=2n+1(n∈N*).
法二:设正项等差数列{an}的公差为d.
因为{an}是等差数列,且a1+a5=a,
所以2a3=a,又an>0,所以a3=7.
因为S7==7a4=63,所以a4=9.
所以d=a4-a3=2,
所以an=a3+(n-3)d=2n+1(n∈N*).
角度三 求前n项和
设Sn为等差数列{an}的前n项和,a12=-8,S9=-9,则S16=________.
【解析】 法一:设等差数列{an}的公差为d,
由已知,得解得
所以S16=16×3+×(-1)=-72.
法二:由S9=9a5=-9,
所以a5=-1,S16==8(a5+a12)=-72.
【答案】 -72
等差数列基本运算的方法策略
(1)等差数列中包含a1,d,n,an,Sn五个量,可知三求二.解决这类问题一般设基本量a1,d,利用等差数列的通项公式与求和公式列方程(组)求解,体现方程思想.
(2)如果已知等差数列中有几项的和是常数的计算问题,一般是等差数列的性质和等差数列求和公式Sn=结合使用,体现整体代入的思想.
[通关练习]
1.(2017·高考全国卷Ⅲ)等差数列{an}的首项为1,公差不为0.若a2,a3,a6成等比数列,则{an}前6项的和为( )
A.-24 B.-3
C.3 D.8
解析:选A.设等差数列{an}的公差为d,因为a2,a3,a6成等比数列,所以a2a6=a,即(a1+d)(a1+5d)=(a1+2d)2,又a1=1,所以d2+2d=0,又d≠0,则d=-2,所以a6=a1+5d=-9,所以{an}前6项的和S6=×6=-24.
2.在等差数列{an}中,a4=2,且a1+a2+…+a10=65,则公差d的值是( )
A.4 B.3
C.1 D.2
解析:选B.因为在等差数列{an}中,a4=2,且a1+a2+…+a10=65,
所以
解得a1=-7,d=3.
所以公差d的值是3.
3.已知等差数列{an}中,a1=1,a3=-3,Sk=-35,则k=________.
解析:设等差数列{an}的公差为d,
则an=a1+(n-1)d,
由于a1=1,a3=-3,又a3=a1+2d,
所以d=-2,因此an=3-2n.
得Sn=n=2n-n2,
所以Sk=2k-k2=-35,即k2-2k-35=0,
解得k=7或k=-5,又因为k∈N*,所以k=7.
答案:7
等差数列的判定与证明
[典例引领]
(2018·贵州省适应性考试)已知数列{an}满足a1=1,且nan+1-(n+1)an=2n2+2n.
(1)求a2,a3;
(2)证明数列是等差数列,并求{an}的通项公式.
【解】 (1)由已知,得a2-2a1=4,
则a2=2a1+4,又a1=1,所以a2=6.
由2a3-3a2=12,
得2a3=12+3a2,所以a3=15.
(2)由已知nan+1-(n+1)an=2n(n+1),
得=2,即-=2,
所以数列是首项=1,公差d=2的等差数列.
则=1+2(n-1)=2n-1,所以an=2n2-n.
判定数列{an}是等差数列的常用方法
(1)定义法:对任意n∈N*,an+1-an是同一个常数.
(2)等差中项法:对任意n≥2,n∈N*,满足2an=an+1+an-1.
(3)通项公式法:数列的通项公式an是n的一次函数.
(4)前n项和公式法:数列的前n项和公式Sn是n的二次函数,且常数项为0.
[提醒] 判断是否为等差数列,最终一般都要转化为定义法判断.
[通关练习]
1.(2018·云南省11校跨区调研)在数列{an}中,a1=3,an+1=,则a4=( )
A. B.1
C. D.
解析:选A.依题意得==+,-=,数列是以=为首项、为公差的等差数列,则=+=,an=,a4=,选A.
2.设数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=2n-1.数列{bn}满足b1=2,bn+1-2bn=8an.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)证明:数列为等差数列,并求{bn}的通项公式.
解:(1)当n=1时,a1=S1=21-1=1;
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(2n-1)-(2n-1-1)=2n-1.
因为a1=1适合通项公式an=2n-1,
所以an=2n-1.
(2)因为bn+1-2bn=8an,
所以bn+1-2bn=2n+2,即-=2.
又=1,
所以是首项为1,公差为2的等差数列.
所以=1+2(n-1)=2n-1.
所以bn=(2n-1)×2n.
等差数列的性质及应用(高频考点)
等差数列的性质是高考的常考内容,题型既有选择题、填空题,也有解答题,难度为中、低档题.高考对等差数列的性质的考查常有以下三个命题角度:
(1)等差数列项的性质的应用;
(2)等差数列前n项和的性质的应用;
(3)等差数列前n项和的最值.
[典例引领]
角度一 等差数列项的性质的应用
(1)(2018·太原市模拟试题)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,2(a1+a3+a5)+3(a8+a10)=36,则S11=( )
A.66 B.55
C.44 D.33
(2)一个等差数列的前12项的和为354,前12项中偶数项的和与奇数项的和的比为32∶27,求该数列的公差d.
【解】 (1)选D.法一:设等差数列{an}的公差为d,因为2(a1+a3+a5)+3(a8+a10)=36,所以12a1+60d=36,即a1+5d=3,
所以a6=3,所以S11===11a6=33,故选D.
法二:因为a1+a5=2a3,a8+a10=2a9,
所以2(a1+a3+a5)+3(a8+a10)=6a3+6a9=36,
所以a3+a9=6,
所以S11===33,故选D.
(2)设等差数列的前12项中奇数项的和为S奇,偶数项的和为S偶,等差数列的公差为d.
由已知条件,得
解得
又S偶-S奇=6d,所以d==5.
角度二 等差数列前n项和的性质的应用
等差数列{an}的前m项和为30,前3m项和为90,则它的前2m项和为________.
【解析】 由Sm,S2m-Sm,S3m-S2m成等差数列,
可得2(S2m-Sm)=Sm+S3m-S2m,
即S2m===60.
【答案】 60
角度三 等差数列的前n项和的最值
在等差数列{an}中,已知a1=10,前n项和为Sn,若S9=S12,则Sn取得最大值时,n=________,Sn的最大值为________.
【解析】 法一:因为a1=10,S9=S12,
所以9×10+d=12×10+d,
所以d=-1.
所以an=-n+11.
所以a11=0,即当n≤10时,an>0,
当n≥12时,an<0,
所以当n=10或11时,Sn取得最大值,且最大值为
S10=S11=10×10+×(-1)=55.
法二:同法一求得d=-1.
所以Sn=10n+·(-1)=-n2+n
=-+.
因为n∈N*,所以当n=10或11时,Sn有最大值,且最大值为S10=S11=55.
法三:同法一求得d=-1.
又由S9=S12得a10+a11+a12=0.
所以3a11=0,即a11=0.
所以当n=10或11时,Sn有最大值.
且最大值为S10=S11=55.
【答案】 10或11 55
(1)等差数列和的性质
在等差数列{an}中,Sn为其前n项和,则
①S2n=n(a1+a2n)=…=n(an+an+1).
②S2n-1=(2n-1)an.
③当项数为偶数2n时,S偶-S奇=nd;项数为奇数2n-1时,S奇-S偶=a中,S奇∶S偶=n∶(n-1).
(2)求等差数列前n项和Sn最值的两种方法
①函数法:利用等差数列前n项和的函数表达式Sn=an2+bn,通过配方结合图象借助求二次函数最值的方法求解.
②邻项变号法:
〈1〉当a1>0,d<0时,满足的项数m使得Sn取得最大值为Sm;
〈2〉当a1<0,d>0时,满足的项数m使得Sn取得最小值为Sm.
[通关练习]
1.(2016·高考全国卷Ⅰ)已知等差数列{an}前9项的和为27,a10=8,则a100=( )
A.100 B.99
C.98 D.97
解析:选C.设等差数列{an}的公差为d,因为{an}为等差数列,且S9=9a5=27,所以a5=3.又a10=8,解得5d=a10-a5=5,所以d=1,所以a100=a5+95d=98,选C.
2.设Sn是等差数列{an}的前n项和,若=,则=( )
A.1 B.-1
C.2 D.
解析:选A.===×=1.
3.(2018·湖南省湘中名校高三联考)若{an}是等差数列,首项a1>0,a2 016+a2 017>0,a2 016·
a2 017<0,则使前n项和Sn>0成立的最大正整数n是( )
A.2 016 B.2 017
C.4 032 D.4 033
解析:选C.因为a1>0,a2 016+a2 017>0,a2 016·a2 017<0,所以d<0,a2 016>0,a2 017<0,所以S4 032==>0,S4 033==
4 033a2 017<0,所以使前n项和Sn>0成立的最大正整数n是4 032.
等差数列{an}的通项公式an=a1+(n-1)d可变形为an=dn+(a1-d).
若d=0,则an=a1,其是常数函数;
若d≠0,则an是关于n的一次函数.
(n,an)是直线y=dx+(a1-d)上一群孤立的点.
单调性:d>0时,{an}为单调递增数列;d<0时,{an}为单调递减数列.
等差数列{an}的前n项和Sn可表示为Sn=n2+n,令A=,B=a1-,则Sn=An2+Bn.
当A≠0,即d≠0时,Sn是关于n的二次函数,(n,Sn)在二次函数y=Ax2+Bx的图象上,为抛物线y=Ax2+Bx上一群孤立的点.利用此性质可解决前n项和Sn的最值问题.
易错防范
(1)要注意概念中的“从第2项起”.如果一个数列不是从第2项起,而是从第3项或第4项起,每一项与它前一项的差是同一个常数,那么此数列不是等差数列.
(2)注意区分等差数列定义中同一个常数与常数的区别.
1.在等差数列{an}中,a1+a5=8,a4=7,则a5=( )
A.11 B.10
C.7 D.3
解析:选B.设数列{an}的公差为d,则有解得所以a5=-2+4×3=10.
2.(2018·兰州市诊断考试)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若a1=2,a8+a10=28,则S9=( )
A.36 B.72
C.144 D.288
解析:选B.法一:因为a8+a10=2a1+16d=28,a1=2,所以d=,所以S9=9×2+×=72.
法二:因为a8+a10=2a9=28,所以a9=14,所以S9==72.
3.已知数列{an}满足a1=15,且3an+1=3an-2,若ak·ak+1<0,则正整数k=( )
A.21 B.22
C.23 D.24
解析:选C.3an+1=3an-2⇒an+1=an-⇒{an}是等差数列,则an=-n.因为ak·ak+1<0,所以<0,所以
A.3 B.3或4
C.4或5 D.5
解析:选B.由题意知
由d≠0,解得a1=-3,d=2,
所以==-3+n-1=n-4,
由n-4≥0,得n≥4,
所以数列的前n项和取最小值时的n为3或4.故选B.
5.(2018·衡水中学二调)今有良马与驽马发长安至齐,齐去长安一千一百二十五里,良马初日行一百零三里,日增十三里;驽马初日行九十七里,日减半里;良马先至齐,复还迎驽马,问:几何日相逢?( )
A.12日 B.16日
C.8日 D.9日
解析:选D.由题易知良马每日所行里数构成一等差数列,其通项公式为an=103+13(n-1)=13n+90,驽马每日所行里数也构成一等差数列,其通项公式为bn=97-(n-1)=-n+,二马相逢时所走路程之和为2×1 125=2 250,所以+=2 250,即+=2 250,化简得n2+31n-360=0,解得n=9或n=-40(舍去),故选D.
6.已知等差数列{an}的公差d≠0,且a3+a9=a10-a8.若an=0,则n=________.
解析:因为a3+a9=a10-a8,
所以a1+2d+a1+8d=a1+9d-(a1+7d),
解得a1=-4d,
所以an=-4d+(n-1)d=(n-5)d,
令(n-5)d=0(d≠0),可解得n=5.
答案:5
7.(2018·重庆适应性测试(二))设Sn是等差数列{an}的前n项和,S10=16,S100-S90=24,则S100=________.
解析:依题意,S10,S20-S10,S30-S20,…,S100-S90依次成等差数列,设该等差数列的公差为d.又S10=16,S100-S90=24,因此S100-S90=24=16+(10-1)d=16+9d,解得d=,因此S100=10S10+d=10×16+×=200.
答案:200
8.在等差数列{an}中,a1=7,公差为d,前n项和为Sn,当且仅当n=8时Sn取得最大值,则d的取值范围为________.
解析:由题意,当且仅当n=8时,Sn取得最大值,说明
所以所以-1<d<-.
答案:
9.已知数列{an}满足:a3=-13,an=an-1+4(n>1,n∈N*).
(1)求a1,a2及通项公式an;
(2)设Sn为数列{an}的前n项和,则数列S1,S2,S3,…中哪一项最小?
解:(1)因为数列{an}满足a3=-13,an=an-1+4,
所以an-an-1=4,
即数列{an}为等差数列且公差为d=4,
所以a2=a3-d=-13-4=-17,
a1=a2-d=-17-4=-21,
所以通项公式an=a1+(n-1)d=-21+4(n-1)=4n-25.
(2)令an=4n-25≥0可解得n≥,
所以数列{an}的前6项为负值,从第7项开始为正数,
所以数列S1,S2,S3,…中S6最小.
10.在公差为d的等差数列{an}中,已知a1=10,且a1,2a2+2,5a3成等比数列.
(1)求d,an;
(2)若d<0,求|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|.
解:(1)由题意得,a1·5a3=(2a2+2)2,由a1=10,{an}为公差为d的等差数列得,d2-3d-4=0,
解得d=-1或d=4.
所以an=-n+11(n∈N*)或an=4n+6(n∈N*).
(2)设数列{an}的前n项和为Sn.
因为d<0,由(1)得d=-1,an=-n+11,
所以当n≤11时,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=Sn=
-n2+n;
当n≥12时,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=-Sn+2S11=n2-n+110.
综上所述,
|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|
=
1.(2018·安徽省两校阶段性测试)已知数列{an}是首项为a,公差为1的等差数列,数列{bn}满足bn=.若对任意的n∈N*,都有bn≥b8成立,则实数a的取值范围是( )
A.(-8,-7) B.[-8,-7)
C.(-8,-7] D.[-8,-7]
解析:选A.因为{an}是首项为a,公差为1的等差数列,所以an=n+a-1,因为bn=,又对任意的n∈N*,都有bn≥b8成立,所以1+≥1+,即≥对任意的n∈N*恒成立,因为数列{an}是公差为1的等差数列,所以{an}是单调递增的数列,所以,即,解得-8 2.(2018·石家庄市第一次模拟)已知函数f(x)的图象关于直线x=-1对称,且f(x)在(-1,+∞)上单调,若数列{an}是公差不为0的等差数列,且f(a50)=f(a51),则数列{an}的前100项的和为( )
A.-200 B.-100
C.-50 D.0
解析:选B.因为函数f(x)的图象关于直线x=-1对称,又函数f(x)在(-1,+∞)上单调,数列{an}是公差不为0的等差数列,且f(a50)=f(a51),所以a50+a51=-2,所以S100==50(a50+a51)=-100,故选B.
3.(2018·兰州市诊断考试)已知数列{an}中,a1=1,Sn为数列{an}的前n项和,且当n≥2时,有=1成立,则S2 017=________.
解析:当n≥2时,由=1,得2(Sn-Sn-1)=(Sn-Sn-1)Sn-S=-SnSn-1,所以-=1,又=2,所以是以2为首项,1为公差的等差数列,所以=n+1,故Sn=,则S2 017=.
答案:
4.(2018·安徽省淮南模拟)设数列{an}的前n项和为Sn,若为常数,则称数列{an}为“精致数列”.已知等差数列{bn}的首项为1,公差不为0,若数列{bn}为“精致数列”,则数列{bn}的通项公式为________.
解析:设等差数列{bn}的公差为d,由为常数,设=k且b1=1,得n+n(n-1)d=k,即2+(n-1)d=4k+2k(2n-1)d,整理得(4k-1)dn+(2k-1)(2-d)=0.因为对任意正整数n,上式恒成立,所以解得d=2,k=,所以数列{bn}的通项公式为bn=2n-1(n∈N*).
答案:bn=2n-1(n∈N*)
5.已知{an}是公差为d的等差数列,它的前n项和为Sn,S4=2S2+4,数列{bn}中,bn=.
(1)求公差d的值;
(2)若a1=-,求数列{bn}中的最大项和最小项的值.
解:(1)因为S4=2S2+4,所以4a1+d=2(2a1+d)+4,解得d=1.
(2)因为a1=-,
所以数列{an}的通项公式为an=a1+(n-1)=n-,
所以bn=1+=1+.
因为函数f(x)=1+在和上分别是单调减函数,
所以b3
6.(2018·洛阳市第一次统一考试)已知数列{an}的前n项和为Sn,an≠0,a1=1,且2anan+1=4Sn-3(n∈N*).
(1)求a2的值并证明:an+2-an=2;
(2)求数列{an}的通项公式.
解:(1)令n=1得2a1a2=4S1-3,
又a1=1,所以a2=.
2anan+1=4Sn-3,①
2an+1an+2=4Sn+1-3.②
②-①得,2an+1(an+2-an)=4an+1.
因为an≠0,所以an+2-an=2.
(2)由(1)可知:
数列a1,a3,a5,…,a2k-1,…为等差数列,公差为2,首项为1,
所以a2k-1=1+2(k-1)=2k-1,
即n为奇数时,an=n.
数列a2,a4,a6,…,a2k,…为等差数列,公差为2,首项为,
所以a2k=+2(k-1)=2k-,
即n为偶数时,an=n-.
综上所述,an=.
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