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- 2021-06-23 发布
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第二节 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.用符号表示为 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=a+b
2
,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,an=am+(n-m)d.
(2)前 n 项和公式:Sn=na1+nn-1d
2
=na1+an
2 .
3.等差数列的常用性质
(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若{an}为等差数列,且 k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则 ak+al=am+an.
(3)若{an}是等差数列,公差为 d,则{a2n}也是等差数列,公差为 2d.
(4)若{an},{bn}是等差数列,则{pan+qbn}也是等差数列.
(5)若{an}是等差数列,公差为 d,则 ak,ak+m,ak+2m,…(k,m∈N*)是公差
为 md 的等差数列.
1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(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)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.( )
(3)等差数列{an}的单调性是由公差 d 决定的.( )
(4)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.( )
[答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)×
2.等差数列{an}的前 n 项和为 Sn,且 S3=6,a3=0,则公差 d 等于( )
A.-1 B.1
C.2 D.-2
D [依题意得 S3=3a2=6,即 a2=2,故 d=a3-a2=-2,故选 D.]
3.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
A [a1+a3+a5=3a3=3⇒a3=1,S5=5a1+a5
2
=5a3=5.]
4.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
C [法一:∵{an}是等差数列,设其公差为 d,
∴S9=9
2(a1+a9)=9a5=27,∴a5=3.
又∵a10=8,∴ a1+4d=3,
a1+9d=8,
∴ a1=-1,
d=1.
∴a100=a1+99d=-1+99×1=98.故选 C.
法二:∵{an}是等差数列,
∴S9=9
2(a1+a9)=9a5=27,∴a5=3.
在等差数列{an}中,a5,a10,a15,…,a100 成等差数列,且公差 d′=a10-
a5=8-3=5.
故 a100=a5+(20-1)×5=98.故选 C.]
5.(教材改编)在 100 以内的正整数中有__________个能被 6 整除的数.
【导学号:51062163】
16 [由题意知,能被 6 整除的数构成一个等差数列{an},
则 a1=6,d=6,得 an=6+(n-1)6=6n.
由 an=6n≤100,即 n≤164
6
=162
3
,
则在 100 以内有 16 个能被 6 整除的数.]
等差数列的基本运算
(1)已知{an}是公差为 1 的等差数列,Sn 为{an}的前 n 项和,若 S8=4S4,
则 a10=( )
A.17
2 B.19
2
C.10 D.12
(2)(2017·诸暨二次统一检测)设等差数列{an}的前 n 项和为 Sn,S11=22,a4
=-12,若 am=30,则 m=( )
A.9 B.10
C.11 D.15
(1)B (2)B [(1)∵公差为 1,
∴S8=8a1+8×8-1
2
×1=8a1+28,S4=4a1+6.
∵S8=4S4,∴8a1+28=4(4a1+6),解得 a1=1
2
,
∴a10=a1+9d=1
2
+9=19
2 .
(2)设等差数列{an}的公差为d,依题意
S11=11a1+11×11-1
2 d=22,
a4=a1+3d=-12,
解
得 a1=-33,
d=7,
∴am=a1+(m-1)d=7m-40=30,∴m=10.]
[规律方法] 1.等差数列的通项公式及前 n 项和公式,共涉及五个量 a1,an,
d,n,Sn,知三求二,体现了方程思想的应用.
2.数列的通项公式和前 n 项和公式在解题中起到变量代换作用,而 a1 和 d
是等差数列的两个基本量,用它们表示已知和未知是常用方法,称为基本量法.
[变式训练 1] (1)已知等差数列{an}的前 n 项和为 Sn,且满足S3
3
-S2
2
=1,则
数列{an}的公差是( )
A.1
2 B.1
C.2 D.3
(2)设 Sn 为等差数列{an}的前 n 项和,a12=-8,S9=-9,则 S16=__________.
【导学号:51062164】
(1)C (2)-72 [(1)∵Sn=na1+an
2
,∴Sn
n
=a1+an
2
,又S3
3
-S2
2
=1,
得a1+a3
2
-a1+a2
2
=1,即 a3-a2=2,
∴数列{an}的公差为 2.
(2)设等差数列{an}的首项为 a1,公差为 d,
由已知,得
a12=a1+11d=-8,
S9=9a1+9d×8
2
=-9, 解得 a1=3,
d=-1.
∴S16=16×3+16×15
2
×(-1)=-72.]
等差数列的判定与证明
已知数列{an}中,a1=3
5
,an=2- 1
an-1
(n≥2,n∈N*),数列{bn}满足
bn= 1
an-1(n∈N*).
(1)求证:数列{bn}是等差数列.
(2)求数列{an}中的通项公式 an.
[解] (1)证明:因为 an=2- 1
an-1
(n≥2,n∈N*),
bn= 1
an-1.
所以 n≥2 时,bn-bn-1= 1
an-1
- 1
an-1-1
=
1
2- 1
an-1 -1
- 1
an-1-1
= an-1
an-1-1
- 1
an-1-1
=1.5 分
又 b1= 1
a1-1
=-5
2
,
所以数列{bn}是以-5
2
为首项,1 为公差的等差数列.7 分
(2)由(1)知,bn=n-7
2
,10 分
则 an=1+ 1
bn
=1+ 2
2n-7.14 分
[规律方法] 1.判断等差数列的解答题,常用定义法和等差中项法,而通项
公式法和前 n 项和公式法主要适用于选择题、填空题中的简单判断.
2.用定义证明等差数列时,常采用两个式子 an+1-an=d 和 an-an-1=d,
但它们的意义不同,后者必须加上“n≥2”,否则 n=1 时,a0 无定义.
[变式训练 2] (1)若{an}是公差为 1 的等差数列,则{a2n-1+2a2n}是( )
A.公差为 3 的等差数列
B.公差为 4 的等差数列
C.公差为 6 的等差数列
D.公差为 9 的等差数列
(2)在数列{an}中,若 a1=1,a2=1
2
, 2
an+1
= 1
an
+ 1
an+2
(n∈N*),则该数列的通
项为( )
A.an=1
n
B.an= 2
n+1
C.an= 2
n+2
D.an=3
n
(1)C (2)A [(1)∵a2n-1+2a2n-(a2n-3+2a2n-2)
=(a2n-1-a2n-3)+2(a2n-a2n-2)
=2+2×2=6,
∴{a2n-1+2a2n}是公差为 6 的等差数列.
(2)由已知式 2
an+1
= 1
an
+ 1
an+2
可得 1
an+1
- 1
an
= 1
an+2
- 1
an+1
,知
1
an 是首项为 1
a1
=1,
公差为 1
a2
- 1
a1
=2-1=1 的等差数列,所以 1
an
=n,即 an=1
n.]
等差数列的性质与最值
(1)(2017·浙江金华十校一联)如图 521 所示的数阵中,每行、每列的
三个数均成等差数列,如果数阵中所有数之和等于 63,那么 a52=( )
a41 a42 a43
a51 a52 a53
a61 a62 a63
图 521
A.2 B.8
C.7 D.4
(2)等差数列{an}中,设 Sn 为其前 n 项和,且 a1>0,S3=S11,则当 n 为多少
时,Sn 取得最大值.
(1)C [法一:第一行三数成等差数列,由等差中项的性质有 a41+a42+a43
=3a42,同理第二行也有 a51+a52+a53=3a52,第三行也有 a61+a62+a63=3a62,
又每列也成等差数列,所以对于第二列,有 a42+a52+a62=3a52,所以 a41+a42
+a43+a51+a52+a53+a61+a62+a63=3a42+3a52+3a62=3×3a52=63,所以 a52=
7,故选 C.
法二:由于每行每列都成等差数列,不妨取特殊情况,即这 9 个数均相同,
显然满足题意,所以有 63÷9=7,即 a52=7,故选 C.]
(2)法一:由 S3=S11,可得 3a1+3×2
2 d=11a1+11×10
2 d,4 分
即 d=- 2
13a1.8 分
从而 Sn=d
2n2+ a1-d
2 n=-a1
13(n-7)2+49
13a1,
因为 a1>0,所以-a1
13<0.12 分
故当 n=7 时,Sn 最大.14 分
法二:由法一可知,d=- 2
13a1.
要使 Sn 最大,则有 an≥0,
an+1≤0, 5 分
即
a1+n-1 - 2
13a1 ≥0,
a1+n
- 2
13a1 ≤0,
10 分
解得 6.5≤n≤7.5,故当 n=7 时,Sn 最大.14 分
法三:由 S3=S11,可得 2a1+13d=0,
即(a1+6d)+(a1+7d)=0,5 分
故 a7+a8=0,又由 a1>0,S3=S11 可知 d<0,10 分
所以 a7>0,a8<0,所以当 n=7 时,Sn 最大.14 分
[规律方法] 1.等差数列的性质
(1)项的性质:在等差数列{an}中,am-an=(m-n)d⇔am-an
m-n
=d(m≠n),其
几何意义是点(n,an),(m,am)所在直线的斜率等于等差数列的公差.
(2)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.
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,通过配方或
借助图象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 am≥0,
am+1≤0
的项数 m 使得 Sn 取得最大值为 Sm;
②当 a1<0,d>0 时,满足 am≤0,
am+1≥0
的项数 m 使得 Sn 取得最小值为 Sm.
[变式训练 3] (1)在等差数列{an}中,a3+a9=27-a6,Sn 表示数列{an}的前
n 项和,则 S11=( )
A.18 B.99
C.198 D.297
(2)设等差数列{an}的前 n 项和为 Sn,且 S5=10,S10=30,则 S15=( )
A.60 B.70
C.90 D.40
(1)B (2)A [(1)因为 a3+a9=27-a6,2a6=a3+a9,所以 3a6=27,所以 a6=
9,所以 S11=11
2 (a1+a11)=11a6=99.
(2)因为数列{an}为等差数列,所以 S5,S10-S5,S15-S10 也成等差数列,设
S15=x,则 10,20,x-30 成等差数列,所以 2×20=10+(x-30),所以 x=60,
即 S15=60.]
[思想与方法]
1.等差数列的通项公式,前 n 项和公式涉及“五个量”,“知三求二”,
需运用方程思想求解,特别是求 a1 和 d.
(1)若奇数个数成等差数列且和为定值时,可设为…,a-2d,a-d,a,a+
d,a+2d,….
(2)若偶数个数成等差数列且和为定值时,可设为…,a-3d,a-d,a+d,
a+3d,….
2.等差数列{an}中,an=an+b(a,b 为常数),Sn=An2+Bn(A,B 为常数),
均是关于“n”的函数,充分运用函数思想,借助函数的图象、性质简化解题过程.
3.等差数列的四种判断方法:
(1)定义法:an+1-an=d(d 是常数)⇔{an}是等差数列.
(2)等差中项法:2an+1=an+an+2(n∈N*)⇔{an}是等差数列.
(3)通项公式:an=pn+q(p,q 为常数)⇔{an}是等差数列.
(4)前 n 项和公式:Sn=An2+Bn(A,B 为常数)⇔{an}是等差数列.
[易错与防范]
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,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.
3.求等差数列的前 n 项和 Sn 的最值时,需要注意“自变量 n 为正整数”这
一隐含条件.
课时分层训练(二十七)
等差数列及其前 n 项和
A 组 基础达标
(建议用时:30 分钟)
一、选择题
1.在等差数列{an}中,a1=0,公差 d≠0,若 am=a1+a2+…+a9,则 m 的
值为( )
A.37 B.36
C.20 D.19
A [am=a1+a2+…+a9=9a1+9×8
2 d=36d=a37.]
2.(2017·台州二次调研)在等差数列{an}中,若前 10 项的和 S10=60,且 a7
=7,则 a4=( )
A.4 B.-4
C.5 D.-5
C [法一:由题意得 10a1+45d=60,
a1+6d=7,
解得
a1=3,
d=2
3
, ∴a4=a1+3d=5,
故选 C.
法二:由等差数列的性质有 a1+a10=a7+a4,∵S10=10a1+a10
2
=60,∴a1
+a10=12.又∵a7=7,∴a4=5,故选 C.]
3.(2017·温州质检)已知数列{an}是等差数列,且 a7-2a4=6,a3=2,则公
差 d=( )
A.2 2 B.4
C.8 D.16
B [法一:由题意得 a3=2,a7-2a4=a3+4d-2(a3+d)=6,解得 d=4,故
选 B.
法二:由题意得 a7-2a4=a1+6d-2a1+3d=6,
a3=a1+2d=2,
解得 a1=-6,
d=4,
故选
B.]
4.等差数列{an}中,已知 a5>0,a4+a7<0,则{an}的前 n 项和 Sn 的最大值
为( )
A.S7 B.S6
C.S5 D.S4
C [∵ a4+a7=a5+a6<0,
a5>0,
∴ a5>0,
a6<0,
∴Sn 的最大值为 S5.]
5.(2017·湖北七市 4 月联考)在我国古代著名的数学专著《九章算术》里有
一段叙述: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,二马相逢,问:几日相逢?( ) 【导学号:51062165】
A.9 日 B.8 日
C.16 日 D.12 日
A [根据题意,显然良马每日行程构成一个首项 a1=103,公差 d1=13 的等
差数列,前 n 天共跑的里程为 S=na1+nn-1
2 d1=103n+13
2 n(n-1)=6.5n2+
96.5n;驽马每日行程也构成一个首项 b1=97,公差 d2=-0.5 的等差数列,前 n
天共跑的里程为 S=nb1+nn-1
2 d2=97n-0.5
2 n(n-1)=-0.25n2+97.25n.两马相
逢时,共跑了一个来回.设其第 n 天相逢,则有 6.5n2+96.5n-0.25n2+97.25n
=1 125×2,解得 n=9,即它们第 9 天相遇,故选 A.]
二、填空题
6.(2017·浙江名校(绍兴一中)交流卷五)等差数列{an}中,a1+a5=10,a4=7,
则 an=________,a1+a3+…+a99=________.
2n-1 4 950 [由题意得 2a1+4d=10,
a1+3d=7,
解得 a1=1,
d=2,
∴an=2n-1,
a1+a3+…+a99=50×1+5050-1
2
×4=4 950.]
7.已知{an}为等差数列,Sn 为其前 n 项和.若 a1=6,a3+a5=0,则 S6=
________.
6 [∵a3+a5=2a4,∴a4=0.
∵a1=6,a4=a1+3d,∴d=-2.
∴S6=6a1+6×6-1
2 d=6.]
8.已知{an}是等差数列,Sn 是其前 n 项和.若 a1+a22=-3,S5=10,则 a9
的值是________. 【导学号:51062166】
20 [法一:设等差数列{an}的公差为 d,由 S5=10,知 S5=5a1+5×4
2 d=10,
得 a1+2d=2,即 a1=2-2d,所以 a2=a1+d=2-d,代入 a1+a22=-3,化简得
d2-6d+9=0,所以 d=3,a1=-4.故 a9=a1+8d=-4+24=20.
法二:设等差数列{an}的公差为 d,由 S5=10,知5a1+a5
2
=5a3=10,所以
a3=2.
由 a1+a3=2a2,得 a1=2a2-2,代入 a1+a22=-3,化简得 a22+2a2+1=0,
所以 a2=-1.
公差 d=a3-a2=2+1=3,故 a9=a3+6d=2+18=20.]
三、解答题
9.已知等差数列的前三项依次为 a,4,3a,前 n 项和为 Sn,且 Sk=110.
(1)求 a 及 k 的值;
(2)设数列{bn}的通项 bn=Sn
n
,证明:数列{bn}是等差数列,并求其前 n 项和
Tn.
[解] (1)设该等差数列为{an},则 a1=a,a2=4,a3=3a,
由已知有 a+3a=8,得 a1=a=2,公差 d=4-2=2,
所以 Sk=ka1+kk-1
2 ·d=2k+kk-1
2
×2=k2+k.3 分
由 Sk=110,得 k2+k-110=0,
解得 k=10 或 k=-11(舍去),故 a=2,k=10.6 分
(2)证明:由(1)得 Sn=n2+2n
2
=n(n+1),
则 bn=Sn
n
=n+1,
故 bn+1-bn=(n+2)-(n+1)=1,12 分
即数列{bn}是首项为 2,公差为 1 的等差数列,
所以 Tn=n2+n+1
2
=nn+3
2 .14 分
10.(2017·温州市三次质检)等差数列{an}的首项 a1=1,公差 d≠0,且 a3·a4
=a12.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设 bn=an·2n,求数列{bn}的前 n 项和 Tn. 【导学号:51062167】
[解] (1)由a3·a4=a12得(1+2d)·(1+3d)=1+11d⇒d=1或d=0(不合题意舍
去),∴数列{an}的通项公式为 an=n.6 分
(2)依题意 bn=an·2n=n·2n,
Tn=1×21+2×22+3×23+…+n×2n,
2Tn=1×22+2×23+…+(n-1)×2n+n×2n+1,10 分
两式相减得-Tn=21+22+23+…+2n-n×2n+1
=21-2n
1-2
-n×2n+1
=(1-n)2n+1-2,
∴Tn=(n-1)2n+1+2.15 分
B 组 能力提升
(建议用时:15 分钟)
1.设数列{an}的前 n 项和为 Sn,若 Sn
S2n
为常数,则称数列{an}为“吉祥数
列”.已知等差数列{bn}的首项为 1,公差不为 0,若数列{bn}为“吉祥数列”,
则数列{bn}的通项公式为( )
A.bn=n-1 B.bn=2n-1
C.bn=n+1 D.bn=2n+1
B [设等差数列{bn}的公差为 d(d≠0),Sn
S2n
=k,因为 b1=1,则 n+1
2n(n-1)d
=k 2n+1
2
×2n2n-1d ,
即 2+(n-1)d=4k+2k(2n-1)d,
整理得(4k-1)dn+(2k-1)(2-d)=0.
因为对任意的正整数 n 上式均成立,
所以(4k-1)d=0,(2k-1)(2-d)=0,
解得 d=2,k=1
4
,
所以数列{bn}的通项公式为 bn=2n-1.]
2.(2017·浙江镇海中学测试卷二)设等差数列{an}的前 n 项和为 Sn(其中 n∈
N*),且满足:a6+a7+a8-a9=2,则 a6=________;S4·S18 的最大值是________.
【导学号:51062168】
1 72 [设公差为 d.由题意得 a6+a6+d+a6+2d-(a6+3d)=2a6=2,所以
a6=1.S4·S18=2(a1+a4)·9(a1+a18)=18(2a6-7d)(2a6+7d)≤18
4a6
2 2=72a26=72,
当且仅当 d=0 时,取到等号.]
3.已知数列{an}的前 n 项和为 Sn,a1=1,an≠0,anan+1=λSn-1,其中λ为
常数.
(1)证明:an+2-an=λ;
(2)是否存在λ,使得{an}为等差数列?并说明理由.
[解] (1)证明:由题设知 anan+1=λSn-1,an+1an+2=λSn+1-1,2 分
两式相减得 an+1(an+2-an)=λan+1,
由于 an+1≠0,所以 an+2-an=λ.6 分
(2)由题设知 a1=1,a1a2=λS1-1,
可得 a2=λ-1.
由(1)知,a3=λ+1.9 分
令 2a2=a1+a3,解得λ=4.
故 an+2-an=4,由此可得{a2n-1}是首项为 1,公差为 4 的等差数列,a2n-1
=4n-3;12 分
{a2n}是首项为 3,公差为 4 的等差数列,a2n=4n-1.
所以 an=2n-1,an+1-an=2,
因此存在λ=4,使得数列{an}为等差数列.15 分