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- 2021-06-24 发布
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求解数列的通项公式
求数列的通项公式是数列整章的重要内容,也是高考基本题型之一,它是研究数列的基础.求数列的通项公式需注意以下几点.
①数列的递推公式给出了相邻两项(或三项)之间的关系,只要知道第一项(或第一项、第二项)就可以用递推公式求出后面的各项,如果各项间的规律明显,还可以归纳出它的一个通项公式.
②与的关系:对于任何一个数列,它的前项的和与通项都有这样的关系:
若满足的关系,则合并为一个通项公式,否则要用分段形式表达.
③的两种常见变形:
.
.
【归纳猜想法】
根据题意得到数列的前几项,通过观察猜想出通项公式,然后利用数学归纳法加以证明即可(除要求不需要证明外).
【例题1】在数列中,成等差数列,成等比数列. 求及的值,由此猜想的通项公式,并证明你的结论.
解析:由条件得由此可得,, 猜想. 用数学归纳法证明:
①当时,由上知结论成立.
②假设当时,结论成立,即,那么当时,
.
所以当时,结论也成立.
由①②可知对一切正整数都成立.
【例题2】将乒乓球堆成若干堆“正三棱锥”形的展品,其中第堆只有一层,就一个球;第堆最底层(第一层)分别如图所示方式固定摆放,从第二层开始,每层的小球自然垒放在下一层之上,第堆第层就放一个乒乓球.以表示第堆的乒乓球总数,则__________;__________(答案用表示).
解析:表示第堆的乒乓球总数,则.设第堆的最底层有个乒乓球,则. 所以有:
【公式法】
根据题意求等差或等比数列的基本量,直接写出通项公式.
【例题3】已知是一个公差大于的等差数列,且满足.
(1) 求数列的通项公式;
(1) 若数列和数列满足等式:(为正整数).求数列前项和.
解析:(1)解法:设等差数列的公差为,则依题意设. 由,得 ①. 由,得 ②.
由①得,将其代入②得,即,. 又,代入①得.
解法:由等差数列的性质得, . 由根与系数的关系知,是方程的根,解方程得或. 设公差为,则由,得. .
故.
(2) 解法:当时,.当时,,,两式相减得,,.因此. 当时,;当时,
. 当时上式也成立.当为正整数时都有.
解法:令,则有,两式相减得:
. 由(1)得. ,即当时,. 又当时,,. 于是
. 即.
【例题4】已知等比数列满足:
(1) 求数列的通项公式;
(2)是否存在正整数,使得?若存在,求的最小值;若不存在,说明理由.
解析:(1)设等比数列的公比为,则由已知可得:,解得或. 故或.
(2) 若,则,故是首项为,公比为等比数列,
从而.
若,则,故是首项为,公比为的等比数列,从而,故. 综上,对任何正整数,总有. 故不存在正整数,使得成立.
【利用求数列的通项公式】
【例题5】已知数列的前项和,数列的前项和.
(1) 求数列与通项公式;
(2) 设,证明:当且仅当时,.
解析:(1)由题意可得:. 对于,有
综上,的通项公式为.
将代入,得,故.
求解法:对于,由于,得,
,.
求解法:对于,由于得,,,
. 综上,的通项公式为
(2) 证法:由得. 当且仅当时,,即.
证法:由得.当且仅当时,,即.
【例题6】若数列的前项和,则的通项公式是__________.
解析:,当时,. 得:,即. 又因为,得,所以数列是以为首项,为公比的等比数列,所以.
【例题7】设是数列的前项和,且,则__________.
解析:,即. 是以为首项,为公差的等差数列,.
【例题8】设数列的前项和,满足,且.
(1)求的值;
(2)求数列的通项公式;
解析:(1)由,取得①,又,
②. 联立①②解得.
(2) 当时,由已知得,两式相减得
,即,即
,令,则 ③,由(1)知
,由③知,,且时也成立,故.
【累加法】
形如的数列可利用累加法求数列的通项公式.
【例题9】在数列中,.
(1)设,求数列的通项公式;
(2)求数列的前项和.
解析:(1)由已知得,且,即,从而,. 于是
. 又,满足. 故所求的通项公式.
(2) 由(1)知,故.设 ①,则 ②,
得:.
. .
【例题10】已知在数列中,,且,则数列的通项公式__________.
解析:由得,,…,,当时,以上个等式两边分别相加,得:
,即. 又因为,所以.因为当
时,也适合上式,所以数列的通项公式为.
【累乘法】
形如的数列可利用累乘法求数列的通项公式.
【例题11】在数列中,,求数列的通项公式.
解法:由,得. 那么,当时,,而时,,因此.
解法:由,得,故数列为常数列,则,即.
【例题12】如图所示,互不相同的点和分别在角的两条边上,所有相互平行,且所有梯形的面积均相等,设. 若,则数列的通项公式是__________.
解析:令,因为所有相互平行且,所以
. 当时,. 故
以上各式累乘,得. 因为,所以.
【利用构造法求通项公式】
形如转化为(为待定系数)形式,比较与的系数,得,所以.所以有,因此数列是首项为,公比为的等比数列,于是,所以.
【例题13】在数列中,,则的通项公式是__________.
解析:由题意可得: ①, ②.
得:,令,则.所以为等比数列,公比为,首项 所以,即
.
由①③两式可得.