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- 2021-06-16 发布
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课时达标训练(十五) 数列的综合应用
A组
1.(2019·南京盐城二模)已知数列{an}的各项均为正数,且对任意的n∈N*,都有(a1a2·…·an)2=aa.若a1,2a2,3a3成等差数列,求的值.
解:因为(a1a2)2=aa3,所以a=a1a3,因此a1,a2,a3成等比数列.
设公比为t,又a1,2a2,3a3成等差数列,
所以4a2=a1+3a3,即4×=1+3×,即4t=1+3t2,解得t=1或t=,所以=1或=.
2.(2019·江苏四星级高中4月联考)如果一个数列从第2项起,每一项与它前一项的比都大于2,则称这个数列为“G型数列”.
(1)若数列{an}满足a1=1,an+1an=32n-1,求证:数列{an}是“G型数列”.
(2)若数列{an}的各项均为正整数,且a1=1,{an}为“G型数列”,记bn=an+1,数列{bn}为等比数列,公比q为正整数,当{bn}不是“G型数列”时,求数列{an}的通项公式.
(3)在(2)的条件下,令cn=,记{cn}的前n项和为Sn是否存在正整数m,使得对任意的n∈N*,都有∈(m-1,m]成立?若存在,求出m的值;若不存在,请说明理由.
解:(1)证明:an+1an=32n-1,①
当n≥2时,anan-1=32n-3,②
由①÷②得,当n≥2时,=9,所以数列{a2n}(n∈N*)和数列{a2n-1}(n∈N*)是等比数列.
因为a1=1,an+1an=32n-1,所以a2=3,
所以a2n=32n-1,a2n-1=32n-2,因此an=3n-1,从而=3>2(n≥2),
所以数列{an}是“G型数列”.
(2)因为数列{an}的各项均为正整数,且{an}为“G型数列”,
所以>2,所以an+1>2an>an,因此数列{an}递增.
又bn=an+1,所以bn+1-bn=an+1-an>0,因此{bn}递增,所以公比q>1.
又{bn}不是“G型数列”,所以存在n0,使得≤2,所以q≤2,
又公比q为正整数,所以q=2.
又b1=a1+1=2,
所以bn=2n,即an=2n-1.
(3)anan+1=(2n-1)(2n+1-1)=22n+1-3×2n+1>22n+1-3×2n,
因为22n+1-3×2n=4n+2n(2n-3)>4n(n≥2),
所以anan+1>4n(n≥2),所以cn=<(n≥2).
当n=1时,S1=,
当n≥2时,Sn=+++…+<+,
又+=+=+<+=,n≥2,
即n≥2时,<Sn<,所以<<3.
综上,<≤3,n∈N*.
所以存在正整数m=3,使得对任意的n∈N*,都有∈(m-1,m]成立.
3.在数列中,已知a1=1,a2=2,an+2=(k∈N*).
(1)求数列的通项公式;
(2)设数列的前n项和为Sn,问是否存在正整数m,n,使得S2n=mS2n-1?若存在,求出所有的正整数对(m,n);若不存在,请说明理由.
解:(1)由题意,数列的奇数项是以a1=1为首项,公差为2的等差数列;偶数项是以a2=2为首项,公比为3的等比数列.
所以对任意正整数k,a2k-1=2k-1,a2k=2×3k-1.
所以数列的通项公式为
an=(k∈N*).
(2)S2n=(a1+a3+…+a2n-1)+(a2+a4+…+a2n)
=+=3n+n2-1,n∈N*.
S2n-1=S2n-a2n=3n-1+n2-1.
假设存在正整数m,n,使得S2n=mS2n-1,
则3n+n2-1=m(3n-1+n2-1),
所以3n-1(3-m)=(m-1)(n2-1),(*)
从而3-m≥0,所以m≤3,
又m∈N*,所以m=1,2,3.
当m=1时,(*)式左边大于0,右边等于0,不成立;
当m=3时,(*)式左边等于0,所以2(n2-1)=0,n=1,
所以S2=3S1;
当m=2时,(*)式可化为3n-1=n2-1=(n+1)(n-1),
则存在k1,k2∈N,k10时,因为an∈Z,则d≥1,且d∈Z,所以数列{an}中必有一项am>0.为了使得{an}为“等比源数列”,
只需要{an}中存在第n项,第k项(m0.
因为ck≤bk≤ck+1,所以qk-1≤k≤qk,其中k=1,2,3,…,m(m∈N*).
当k=1时,有q≥1;
当k=2,3,…,m时,有≤ln q ≤.
设f(x)=(x>1),则f′(x)=.
令f′(x)=0,得x=e.列表如下:
x
(1,e)
e
(e,+∞)
f′(x)
+
0
-
f(x)
极大值
因为=<=,所以f(k)max=f(3)=.
取q= ,当k=1,2,3,4,5时,≤ln q,即k≤qk,经检验知qk-1≤k也成立.因此所求m的最大值不小于5.
若m≥6,分别取k=3,6,得3≤q3,且q5≤6,从而q15≥243,且q15≤216,所以q不存在.因此所求m的最大值小于6.
综上,所求m的最大值为5.
3.(2018·苏北三市三模)已知两个无穷数列{an}和{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,a1
=1,S2=4,对任意的n∈N*,都有3Sn+1=2Sn+Sn+2+an.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若{bn}为等差数列,对任意的n∈N*,都有Sn>Tn.证明:an>bn;
(3)若{bn}为等比数列,b1=a1,b2=a2,求满足=ak(k∈N*)的n值.
解:(1)由3Sn+1=2Sn+Sn+2+an,得2(Sn+1-Sn)=Sn+2-Sn+1+an,
即2an+1=an+2+an,所以an+2-an+1=an+1-an.
由a1=1,S2=4,可知a2=3.
所以数列{an}是以1为首项,2为公差的等差数列.
故{an}的通项公式为an=2n-1.
(2)证明:法一:设数列{bn}的公差为d,
则Tn=nb1+d,
由(1)知,Sn=n2.
因为Sn>Tn,所以n2>nb1+d,
即(2-d)n+d-2b1>0恒成立,
所以即
所以an-bn=2n-1-b1-(n-1)d=(2-d)n+d-1-b1≥(2-d)+d-1-b1=1-b1>0.
所以an>bn,得证.
法二:设{bn}的公差为d,假设存在自然数n0≥2,使得an0≤bn0,
则a1+(n0-1)×2≤b1+(n0-1)d,
即a1-b1≤(n0-1)(d-2),
因为a1>b1,所以d>2.
所以Tn-Sn=nb1+d-n2=n2+n,
因为-1>0,所以存在n0∈N*,
当n>n0时,Tn-Sn>0恒成立.
这与“对任意的n∈N*,都有Sn>Tn”矛盾.
所以an>bn,得证.
(3)由(1)知,Sn=n2.
因为{bn}为等比数列,且b1=1,b2=3,
所以{bn}是以1为首项,3为公比的等比数列.
所以bn=3n-1,Tn=.
则===
3-,
因为n∈N*,所以6n2-2n+2>0,所以<3.
而ak=2k-1,所以=1,
即3n-1-n2+n-1=0.(*)
当n=1,2时,(*)式成立;
当n≥2时,设f(n)=3n-1-n2+n-1,
则f(n+1)-f(n)=3n-(n+1)2+n-(3n-1-n2+n-1)=2(3n-1-n)>0,
所以0=f(2)
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