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- 2021-06-16 发布
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§2.5 等比数列的前 n 项和(二)
课时目标
1.熟练应用等比数列前 n 项和公式的有关性质解题.
2.能用等比数列的前 n 项和公式解决实际问题.
1.等比数列{an}的前 n 项和为 Sn,当公比 q≠1 时,Sn=a11-qn
1-q
=a1-anq
1-q
;当 q=1
时,Sn=na1.
2.等比数列前 n 项和的性质:
(1)连续 m 项的和(如 Sm、S2m-Sm、S3m-S2m),仍构成等比数列.(注意:q≠-1 或 m 为
奇数)
(2)Sm+n=Sm+qmSn(q 为数列{an}的公比).
(3)若{an}是项数为偶数、公比为 q 的等比数列,则S 偶
S 奇
=q.
3.解决等比数列的前 n 项和的实际应用问题,关键是在实际问题中建立等比数列模型.
一、选择题
1.在各项都为正数的等比数列{an}中,首项 a1=3,前 3 项和为 21,则 a3+a4+a5 等于
( )
A.33 B.72 C.84 D.189
答案 C
解析 由 S3=a1(1+q+q2)=21 且 a1=3,得 q+q2-6=0.∵q>0,∴q=2.∴a3+a4+a5
=q2(a1+a2+a3)=22·S3=84.
2.某厂去年产值为 a,计划在 5 年内每年比上一年产值增长 10%,从今年起 5 年内,
该厂的总产值为( )
A.1.14a B.1.15a C.10a(1.15-1) D.11a(1.15-1)
答案 D
解析 注意去年产值为 a,今年起 5 年内各年的产值分别为 1.1a,1.12a,1.13a,1.14a,1.15a.
∴1.1a+1.12a+1.13a+1.14a+1.15a=11a(1.15-1).
3.已知{an}是首项为 1 的等比数列,Sn 是{an}的前 n 项和,且 9S3=S6,则数列{ 1
an
}的
前 5 项和为( )
A.15
8
或 5 B.31
16
或 5 C.31
16 D.15
8
答案 C
解析 若 q=1,则由 9S3=S6 得 9×3a1=6a1,
则 a1=0,不满足题意,故 q≠1.
由 9S3=S6 得 9×a11-q3
1-q
=a11-q6
1-q
,
解得 q=2.
故 an=a1qn-1=2n-1,
1
an
=(1
2)n-1.
所以数列{ 1
an
}是以 1 为首项,1
2
为公比的等比数列,其前 5 项和为
S5=
1×[1-1
2
5]
1-1
2
=31
16.
4.一弹性球从 100 米高处自由落下,每次着地后又跳回到原来高度的一半再落下,则
第 10 次着地时所经过的路程和是(结果保留到个位)( )
A.300 米 B.299 米 C.199 米 D.166 米
答案 A
解 析 小 球 10 次 着 地 共 经 过 的 路 程 为 100 + 100 + 50 + … + 100×
1
2 8 =
29939
64
≈300(米).
5.在等比数列中,S30=13S10,S10+S30=140,则 S20 等于( )
A.90 B.70 C.40 D.30
答案 C
解析 q≠1 (否则 S30=3S10),
由 S30=13S10
S10+S30=140
,∴ S10=10
S30=130
,
∴
a11-q10
1-q
=10
a11-q30
1-q
=130
,∴q20+q10-12=0.
∴q10=3,∴S20=a11-q20
1-q
=S10(1+q10)
=10×(1+3)=40.
6.某企业在今年年初贷款 a 万元,年利率为γ,从今年年末开始每年偿还一定金额,预
计五年内还清,则每年应偿还( )
A. a1+γ
1+γ5-1
万元 B. aγ1+γ5
1+γ5-1
万元
C. aγ1+γ5
1+γ4-1
万元 D. aγ
1+γ5
万元
答案 B
解析 设每年偿还 x 万元,则:x+x(1+γ)+x(1+γ)2+x(1+γ)3+x(1+γ)4=a(1+γ)5,
∴x= aγ1+γ5
1+γ5-1
.
二、填空题
7.等比数列{an}的前 n 项和为 Sn,已知 S1,2S2,3S3 成等差数列,则{an}的公比为________.
答案 1
3
解析 由已知 4S2=S1+3S3,即 4(a1+a2)=a1+3(a1+a2+a3).
∴a2=3a3,
∴{an}的公比 q=a3
a2
=1
3.
8.在等比数列{an}中,已知 S4=48,S8=60,则 S12=
________________________________________________________________________.
答案 63
解析 方法一 ∵S8≠2S4,∴q≠1,
由已知得
a11-q4
1-q
=48 ①
a11-q8
1-q
=60 ②
由②÷①得
1+q4=5
4
,∴q4=1
4
③
将③代入①得 a1
1-q
=64,
∴S12=a11-q12
1-q
=64(1- 1
43)=63.
方法二 因为{an}为等比数列,
所以 Sn,S2n-Sn,S3n-S2n 也成等比数列,
所以(S2n-Sn)2=Sn(S3n-S2n),
所以 S3n=S2n-Sn2
Sn
+S2n,
所以 S12=S8-S42
S4
+S8=60-482
48
+60=63.
9.一个蜂巢里有一只蜜蜂,第 1 天,它飞出去找回了 2 个伙伴;第 2 天,3 只蜜蜂飞
出去,各自找回了 2 个伙伴……如果这个找伙伴的过程继续下去,第 6 天所有的蜜蜂都归巢
后,蜂巢中一共有________只蜜蜂.
答案 729
解析 每天蜜蜂归巢后的数目组成一个等比数列,a1=3,q=3,∴第 6 天所有蜜蜂归
巢后,蜜蜂总数为 a6=36=729(只).
10.某工厂月生产总值的平均增长率为 q,则该工厂的年平均增长率为________.
答案 (1+q)12-1
解析 设第一年第 1 个月的生产总值为 1,公比为(1+q),该厂第一年的生产总值为 S1
=1+(1+q)+(1+q)2+…+(1+q)11.
则第 2 年第 1 个月的生产总值为(1+q)12,
第 2 年全年生产总值 S2=(1+q)12+(1+q)13+…+(1+q)23=(1+q)12S1,
∴该厂生产总值的平均增长率为S2-S1
S1
=S2
S1
-1=(1+q)12-1.
三、解答题
11.为保护我国的稀土资源,国家限定某矿区的出口总量不能超过 80 吨,该矿区计划
从 2010 年开始出口,当年出口 a 吨,以后每年出口量均比上一年减少 10%.
(1)以 2010 年为第一年,设第 n 年出口量为 an 吨,试求 an 的表达式;
(2)因稀土资源不能再生,国家计划 10 年后终止该矿区的出口,问 2010 年最多出口多
少吨?(保留一位小数)
参考数据:0.910≈0.35.
解 (1)由题意知每年的出口量构成等比数列,且首项 a1=a,公比 q=1-10%=0.9,
∴an=a·0.9n-1 (n≥1).
(2)10 年的出口总量 S10=a1-0.910
1-0.9
=10a(1-0.910).
∵S10≤80,∴10a(1-0.910)≤80,
即 a≤ 8
1-0.910
,∴a≤12.3.
故 2010 年最多出口 12.3 吨.
12.某市 2008 年共有 1 万辆燃油型公交车,有关部门计划于 2009 年投入 128 辆电力型
公交车,随后电力型公交车每年的投入比上一年增加 50%,试问:
(1)该市在 2015 年应该投入多少辆电力型公交车?
(2)到哪一年底,电力型公交车的数量开始超过该市公交车总量的1
3
?(lg 657=2.82,lg 2
=0.30,lg 3=0.48)
解 (1)该市逐年投入的电力型公交车的数量组成等比数列{an},其中 a1=128,q=1.5,
则在 2015 年应该投入的电力型公交车为 a7=a1·q6=128×1.56=1 458(辆).
(2)记 Sn=a1+a2+…+an,
依据题意,得 Sn
10 000+Sn
>1
3
,
于是 Sn=1281-1.5n
1-1.5
>5 000(辆),即 1.5n>657
32 .
两边取常用对数,则 n·lg 1.5>lg 657
32
,
即 n>lg 657-5lg 2
lg 3-lg 2
≈7.3,又 n∈N+,因此 n≥8.
所以到 2016 年底,电力型公交车的数量开始超过该市公交车总量的1
3.
能力提升
13.有纯酒精 a L(a>1),从中取出 1 L,再用水加满,然后再取出 1 L,再用水加满,
如此反复进行,则第九次和第十次共倒出纯酒精________L.
答案 1-1
a 8 2-1
a
解析 用{an}表示每次取出的纯酒精,a1=1,加水后浓度为a-1
a
=1-1
a
,a2=1-1
a
,加
水后浓度为 1-1
a
a-1
a = 1-1
a 2,a3= 1-1
a 2,
依次类推:a9= 1-1
a 8,a10= 1-1
a 9.
∴ 1-1
a 8+ 1-1
a 9= 1-1
a 8 2-1
a .
14.现在有某企业进行技术改造,有两种方案,甲方案:一次性贷款 10 万元,第一年
便可获利 1 万元,以后每年比前一年增加 30%的利润;乙方案:每年贷款 1 万元,第一年
可获利 1 万元,以后每年比前一年增加 5 千元,两方案使用期都是 10 年,到期后一次性归
还本息,若银行贷款利息均按本息 10%的复利计算,试比较两种方案谁获利更多?(精确到
千元,数据 1.110≈2.594,1.310≈13.79)
解 甲方案 10 年中每年获利数组成首项为 1,公比为 1+30%的等比数列,其和为
1+(1+30%)+(1+30%)2+…+(1+30%)9=1.310-1
1.3-1
≈42.63(万元),
到期时银行贷款的本息为
10(1+0.1)10≈10×2.594=25.94(万元),
∴甲方案扣除贷款本息后,净获利约为
42.63-25.94≈16.7(万元).
乙方案 10 年中逐年获利数组成等差数列,
1+1.5+…+(1+9×0.5)
=101+5.5
2
=32.50(万元),
而贷款本利和为
1.1×[1+(1+10%)+…+(1+10%)9]
=1.1×1.110-1
1.1-1
≈17.53(万元).
∴乙方案扣除贷款本息后,净获利约为
32.50-17.53≈15.0(万元),
比较得,甲方案净获利多于乙方案净获利.
1.准确理解等比数列的性质,熟悉它们的推导过程是记忆的关键.用好其性质也会降
低解题的运算量,从而减少错误.
2.利用等比数列解决实际问题,关键是构建等比数列模型.要确定 a1 与项数 n 的实际
含义,同时要搞清是求 an 还是求 Sn 的问题.
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