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- 2021-06-30 发布
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第34课 等差数列及其前n项和
[最新考纲]
内容
要求
A
B
C
等差数列
√
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,那么这个数列就叫作等差数列.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=,其中A叫作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+=.
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=____________.
-2 [依题意得S3=3a2=6,即a2=2,故d=a3-a2=-2.]
3.(2017·南京模拟)若等差数列{an}满足a7+a8+a9>0,a7+a10<0,则当n=____________时,{an}的前n项和最大.
8 [由等差数列的性质可知,
a7+a8+a9=3a8,a7+a10=a8+a9,
故a8>0,a8+a9<0,
∴a9<0,即当n=8时,{an}的前n项和最大.]
4.(2016·江苏高考)已知{an}是等差数列,Sn是其前n项和.若a1+a=-3,S5=10,则a9的值是________.
20 [法一:设等差数列{an}的公差为d,由S5=10,知S5=5a1+d=10,得a1+2d=2,即a1=2-2d,所以a2=a1+d=2-d,代入a1+a=-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=5a3=10,所以a3=2.
所以由a1+a3=2a2,得a1=2a2-2,代入a1+a=-3,化简得a+2a2+1=0,所以a2=-1.
公差d=a3-a2=2+1=3,故a9=a3+6d=2+18=20.]
5.(教材改编)在100以内的正整数中有__________个能被6整除的数.
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≤16=16,
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)(2017·苏州模拟)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=____________. 【导学号:62172185】
(2)设等差数列{an}的前n项和为Sn,S11=22,a4=-12,若am=30,则m=____________.
(1) (2)10 [(1)∵公差为1,
∴S8=8a1+×1=8a1+28,S4=4a1+6.
∵S8=4S4,∴8a1+28=4(4a1+6),解得a1=,
∴a10=a1+9d=+9=.
(2)设等差数列{an}的公差为d,依题意解得
∴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-=1,则数列{an}的公差是____________.
(2)设Sn为等差数列{an}的前n项和,a12=-8,S9=-9,则S16=__________.
(1)2 (2)-72 [(1)∵Sn=,∴=,又-=1,
得-=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,得解得
∴S16=16×3+×(-1)=-72.]
等差数列的判定与证明
已知数列{an}中,a1=,an=2-(n≥2,n∈N+),数列{bn}满足bn=(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. 【导学号:62172186】
[解] (1)证明:因为an=2-(n≥2,n∈N+),
bn=.
所以n≥2时,bn-bn-1=-
=-=-=1.
又b1==-,
所以数列{bn}是以-为首项,1为公差的等差数列.
(2)由(1)知,bn=n-,
则an=1+=1+.
[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客观题中的简单判断.
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,an无意义.
[变式训练2] (1)若{an}是公差为1的等差数列,则{a2n-1+2a2n}是____________.(填序号)
①公差为3的等差数列;
②公差为4的等差数列;
③公差为6的等差数列;
④公差为9的等差数列.
③ [∵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)在数列{an}中,若a1=1,a2=,=+(n∈N+),则该数列的通项为____________.
an= [由已知=+可得-=-,知是首项为=1,公差为-=2-1=1的等差数列,所以=n,即an=.]
等差数列的性质与最值
(1)如图所示的数阵中,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=____________.
(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)7 [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.
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.]
(2)法一:由S3=S11,可得3a1+d=11a1+d,
即d=-a1.
从而Sn=n2+n=-(n-7)2+a1,
因为a1>0,所以-<0.
故当n=7时,Sn最大.
法二:由法一可知,d=-a1.
要使Sn最大,则有
即
解得6.5≤n≤7.5,故当n=7时,Sn最大.
法三:由S3=S11,可得2a1+13d=0,
即(a1+6d)+(a1+7d)=0,
故a7+a8=0,又由a1>0,S3=S11可知d<0,
所以a7>0,a8<0,所以当n=7时,Sn最大.
[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⇔=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.
[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=____________.
99 [因为a3+a9=27-a6,2a6=a3+a9,所以3a6=27,所以a6=9,所以S11=(a1+a11)=11a6=99.]
(2)设等差数列{an}的前n项和为Sn,且S5=10,S10=30,则S15=____________.
60 [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(三十四)
A组 基础达标
(建议用时:30分钟)
一、填空题
1.在等差数列{an}中,若前10项的和S10=60,且a7=7,则a4=____________.
5 [法一:由题意得解得
∴a4=a1+3d=5.
法二:由等差数列的性质有a1+a10=a7+a4,∵S10==60,∴a1+a10=12.又∵a7=7,∴a4=5.]
2.已知数列{an}是等差数列,且a7-2a4=6,a3=2,则公差d=____________.
【导学号:62172187】
4 [法一:由题意得a3=2,a7-2a4=a3+4d-2(a3+d)=6,解得d=4.
法二:由题意得解得]
3.设Sn为等差数列{an}的前n项和,若a1=1,a3=5,Sk+2-Sk=36,则k的值为____________.
8 [设等差数列的公差为d,由等差数列的性质可得2d=a3-a1=4,得d=2,所以an=1+2(n-1)=2n-1,Sk+2-Sk=ak+2+ak+1=2(k+2)-1+2(k+1)-1=4k+4=36,解得k=8.]
4.若数列{an}满足a1=15,且3an+1=3an-2,则使ak·ak+1<0的k值为________.
23 [∵3an+1=3an-2,
∴an+1-an=-,
∴an=15+-(n-1)=-n+.
由an=-n+>0得n<23.5,
∴使ak·ak+1<0的k值为23.]
5.(2017·苏州期中)等差数列{an}中,前n项和为Sn,若S4=8a1,a4=4+a2,则S10=____________.
120 [∵{an}为等差数列,∴2d=a4-a2=4,d=2.
由S4=8a1得4a1+×2=8a1,即a1=3.
∴S10=10×3+×2=120.]
6.(2016·全国卷Ⅰ改编)已知等差数列{an}前9项的和为27,a10=8,则a100=____________.
98 [法一:∵{an}是等差数列,设其公差为d,
∴S9=(a1+a9)=9a5=27,∴a5=3.
又∵a10=8,∴∴
∴a100=a1+99d=-1+99×1=98.
法二:∵{an}是等差数列,
∴S9=(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.
]
7.已知数列{an}中,a1=1且=+(n∈N+),则a10=____________.
【导学号:62172188】
[由=+得为首项为1,公差为的等差数列,∴=1+(n-1)×=,
∴a10==.]
8.设数列{an}的通项公式为an=2n-10(n∈N+),则|a1|+|a2|+…+|a15|=____________.
130 [由an=2n-10(n∈N+)知{an}是以-8为首项,2为公差的等差数列,又由an=2n-10≥0得n≥5,∴n<5时,an<0,当n≥5时,an≥0,∴|a1|+|a2|+…+|a15|=-(a1+a2+a3+a4)+(a5+a6+…+a15)=20+110=130.]
9.设等差数列{an}的前n项和为Sn,若Sm-1=-2,Sm=0,Sm+1=3,则m=____________.
5 [∵数列{an}为等差数列,且前n项和为Sn,∴数列也为等差数列.
∴+=,
即+=0,
解得m=5,经检验为原方程的解.]
10.数列{an}的首项为3,{bn}为等差数列,且bn=an+1-an(n∈N+),若b3=-2,b10=12,则a8=____________.
3 [设{bn}的公差为d,
∵b10-b3=7d=12-(-2)=14,∴d=2.
∵b3=-2,∴b1=b3-2d=-2-4=-6.
∴b1+b2+…+b7=7b1+d
=7×(-6)+21×2=0.
又b1+b2+…+b7=(a2-a1)+(a3-a2)+…+(a8-a7)=a8-a1=a8-3=0,
∴a8=3.]
二、解答题
11.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=,证明:数列{bn}是等差数列,并求其前n项和Tn. 【导学号:62172189】
[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+·d=2k+×2=k2+k.
由Sk=110,得k2+k-110=0,
解得k=10或k=-11(舍去),
故a=2,k=10.
(2)证明:由(1)得Sn==n(n+1),则bn==n+1,
故bn+1-bn=(n+2)-(n+1)=1,
即数列{bn}是首项为2,公差为1的等差数列,
所以Tn==.
12.已知公差大于零的等差数列{an}的前n项和为Sn,且满足a3·a4=117,a2+a5=22.
(1)求通项an;
(2)求Sn的最小值;
(3)若数列{bn}是等差数列,且bn=,求非零常数c.
[解] (1)因为数列{an}为等差数列,
所以a3+a4=a2+a5=22.
又a3·a4=117,
所以a3,a4是方程x2-22x+117=0的两实根,又公差d>0,所以a3
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