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- 2021-06-30 发布
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第2讲 等差数列及其前n项和
, [学生用书P98])
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.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.
(2)前n项和公式:Sn=na1+d=.
3.等差数列的性质
已知数列{an}是等差数列,Sn是其前n项和.
(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an.
(3)若{an}的公差为d,则{a2n}也是等差数列,公差为2d.
(4)若{bn}是等差数列,则{pan+qbn}也是等差数列.
(5)数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…构成等差数列.
1.辨明两个易误点
(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,而是从第3项或第4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.
2.妙设等差数列中的项
若奇数个数成等差数列,可设中间三项为a-d,a,a+d;
若偶数个数成等差数列,可设中间两项为a-d,a+d,其余各项再依据等差数列的定义进行对称设元.
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)通项公式法:an=pn+q(p,q为常数)⇔{an}是等差数列.
(4)前n项和公式法:Sn=An2+Bn(A、B为常数)⇔{an}是等差数列.
1. 等差数列11,8,5,…,中-49是它的第几项( )
A.第19项 B.第20项
C.第21项 D.第22项
C [解析] a1=11,d=8-11=-3,
所以an=11+(n-1)×(-3)=-3n+14.
由-3n+14=-49,得n=21.故选C.
2. 已知p:数列{an}是等差数列,q:数列{an}的通项公式an=k1n+k2(k1,k2均为常数),则p是q的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
C [解析] 若{an}是等差数列,不妨设公差为d.
所以an=a1+(n-1)d=dn+a1-d,
令k1=d,k2=a1-d,则an=k1n+k2,
若数列{an}的通项公式an=k1n+k2(k1,k2为常数,n∈N*),
则当n≥2且n∈N*时,an-1=k1(n-1)+k2,
所以an-an-1=k1(常数)(n≥2且n∈N*),
所以{an}为等差数列,
所以p是q的充要条件.
3. 等差数列{an}的前n项之和为Sn,若a5=6,则S9为( )
A.45 B.54
C.63 D.27
B [解析] 法一:因为S9==9a5=9×6=54.故选B.
法二:由a5=6,得a1+4d=6,
所以S9=9a1+d=9(a1+4d)=9×6=54,故选B.
4.(2017·金丽衢十二校联考)已知等差数列{an}满足:a3=13,a13=33,则数列{an}的公差为________.
[解析] 设等差数列{an}的公差为d,则d===2.
[答案] 2
5.设Sn为等差数列{an}的前n项和,a12=-8,S9=-9,则S16=________.
[解析] 设等差数列{an}的首项为a1,公差为d,
由已知,得解得
所以S16=16×3+×(-1)=-72.
[答案] -72
等差数列的基本运算(高频考点)[学生用书P99]
等差数列基本量的计算是高考的常考内容,多出现在选择题、填空题或解答题的第(1)问中,属容易题.
高考对等差数列基本量计算的考查主要有以下三个命题角度:
(1)求公差d、项数n或首项a1;
(2)求通项或特定项;
(3)求前n项和.
[典例引领]
(1)(2015·高考全国卷Ⅰ)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. B. C.10 D.12
(2)设Sn为等差数列{an}的前n项和,若a1=1,公差d=2,Sn+2-Sn=36,则n=( )
A.5 B.6 C.7 D.8
【解析】 (1)因为公差为1,
所以S8=8a1+×1=8a1+28,S4=4a1+6.
因为 S8=4S4,所以8a1+28=4(4a1+6),解得a1=,
所以a10=a1+9d=+9=,故选B.
(2)法一:由题知Sn=na1+d=n+n(n-1)=n2,Sn+2=(n+2)2,由Sn+2-Sn=36得,(n+2)2-n2=4n+4=36,所以n=8.
法二:Sn+2-Sn=an+1+an+2=2a1+(2n+1)d=2+2(2n+1)=36,解得n=8.
【答案】 (1)B (2)D
等差数列基本运算的解题方法
(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,知其中三个就能求另外两个,体现了用方程的思想来解决问题.
(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.
[题点通关]
角度一 求公差d、项数n或首项a1
1.(2017·豫东、豫北十所名校联考)已知等差数列{an}中,a5=13,S5=35,则公差d=( )
A.-2 B.-1
C.1 D.3
D [解析] 依题意,得解得故选D.
角度二 求通项或特定项
2.(2016·高考全国卷乙)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 [解析] 设等差数列{an}的公差为d,因为{an}为等差数列,且S9=9a5=27,所以a5=3.又a10=8,解得5d=a10-a5=5,所以d=1,所以a100=a5+95d=98,选C.
角度三 求前n项和
3.已知数列{an}中,a1=1,an=an-1+(n≥2),则数列{an}的前9项和等于________.
[解析] 由a1=1,an=an-1+(n≥2),可知数列{an}是首项为1,公差为的等差数列,故S9=9a1+×=9+18=27.
[答案] 27
等差数列的判定与证明[学生用书P100]
[典例引领]
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+1-1,两式相减得an+1(an+2-an)=λan+1,
由于an+1≠0,
所以an+2-an=λ.
(2)由题设知a1=1,a1a2=λS1-1,
可得a2=λ-1.
由(1)知,a3=λ+1.
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;
{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.
(1)判断证明一个数列是否是等差数列的解答题,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.
已知数列{an}中,a1=2,an=2-(n≥2,n∈N*).设bn=(n∈N*),求证:数列{bn}是等差数列.
[证明] 因为an=2-,所以an+1=2-.
所以bn+1-bn=-,
=-,
==1,
所以{bn}是首项为b1==1,公差为1的等差数列.
等差数列的性质及最值[学生用书P100]
[典例引领]
(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)已知{an},{bn}都是等差数列,若a1+b10=9,a3+b8=15,则a5+b6=________.
(3)在等差数列{an}中,a1=7,公差为d,前n项和为Sn,当且仅当n=8时Sn取得最大值,则d的取值范围为________.
【解析】 (1)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)因为{an},{bn}都是等差数列,所以2a3=a1+a5,2b8=b10+b6,所以2(a3+b8)=(a1+b10)+(a5+b6),即2×15=9+(a5+b6),解得a5+b6=21.
(3)当且仅当n=8时,Sn取得最大值,说明
所以
所以-1<d<-.
【答案】 (1)B (2)21 (3)
应用等差数列的性质应注意的两点
(1)在等差数列{an}中,若m+n=p+q=2k(m、n、p、q、k∈N*),则am+an=ap+aq=2ak是常用的性质.
(2)掌握等差数列的性质,悉心研究每个性质的使用条件及应用方法,认真分析项数、序号、项的值的特征,这是解题的突破口.
[通关练习]
1.已知等差数列{an}的公差为2,项数是偶数,所有奇数项之和为15,所有偶数项之和为25,则这个数列的项数为( )
A.10 B.20
C.30 D.40
A [解析] 设这个数列有2n项,则由等差数列的性质可知:偶数项之和减去奇数项之和等于nd,即25-15=2n,故2n=10,即数列的项数为10.
2.在等差数列{an}中,a1=29,S10=S20,则数列{an}的前n项和Sn的最大值为( )
A.S15 B.S16
C.S15或S16 D.S17
A [解析] 设{an}的公差为d,
因为a1=29,S10=S20,
所以10a1+d=20a1+d,解得d=-2,
所以Sn=29n+×(-2)=-n2+30n=-(n-15)2+225.
所以当n=15时,Sn取得最大值.
3.(2017·陕西省五校模拟)等差数列{an}中,如果 a1+a4+a7=39,a3+a6+a9=27,则数列{an}前9项的和为( )
A.297 B.144
C.99 D.66
C [解析] 由等差数列的性质可知,2(a2+a5+a8)=(a1+a4+a7)+(a3+a6+a9)=39+27=66,
所以a2+a5+a8=33,
所以数列{an}前9项的和为66+33=99.
, [学生用书P100])
——整体思想在等差数列中的应用
在等差数列{an}中,S10=100,S100=10,则S110=________.
【解析】 法一:设数列{an}的公差为d,首项为a1,
则
解得所以S110=110a1+d=-110.
法二:法一中两方程相减得
-90a1-d=90,
所以a1+d=-1,
所以S110=110a1+d=-110.
法三:因为S100-S10==-90,
所以a11+a100=-2,
所以S110===-110.
【答案】 -110
(1)法一是利用等差数列的前n项和公式求解基本量,然后求和,是等差数列运算问题的常规思路.而法二、法三都突出了整体思想,分别把a1+d、a11+a100看成了一个整体,解起来都很方便.
(2)整体思想是一种重要的解题方法和技巧,这就要求学生要熟练掌握公式,理解其结构特征.
已知{an}为等差数列,若a1+a2+a3=5,a7+a8+a9=10,则a19+a20+a21=________.
[解析] 法一:设数列{an}的公差为d,则a7+a8+a9=a1+6d+a2+6d+a3+6d=5+18d=10,所以18d=5,故a19+a20+a21=a7+12d+a8+12d+a9+12d=10+36d=20.
法二:由等差数列的性质,
可知S3,S6-S3,S9-S6,…,S21-S18成等差数列,设此数列公差为D.
所以5+2D=10,
所以D=.
所以a19+a20+a21=S21-S18=5+6D=5+15=20.
[答案] 20
, [学生用书P327(独立成册)])
1.若等差数列{an}的前5项之和S5=25,且a2=3,则a7=( )
A.12 B.13
C.14 D.15
B [解析] 设{an}的公差为d,由S5=⇒25=⇒a4=7,所以7=3+2d⇒d=2,所以a7=a4+3d=7+3×2=13.
2.在单调递增的等差数列{an}中,若a3=1,a2a4=,则a1=( )
A.-1 B.0
C. D.
B [解析] 由题知,a2+a4=2a3=2,
又因为a2a4=,数列{an}单调递增,
所以a2=,a4=.
所以公差d==.所以a1=a2-d=0.
3.在等差数列{an}中,a3+a5+a11+a17=4,且其前n项和为Sn,则S17为( )
A.20 B.17
C.42 D.84
B [解析] 由a3+a5+a11+a17=4⇒2(a4+a14)=4⇒a1+a17=2,故S17==17.
4.(2017·东北三校联考(一))已知数列{an}的首项为3,{bn}为等差数列,且bn=an+1-an(n∈N*),若b3=-2,b2=12,则a8=( )
A.0 B.-109
C.-181 D.121
B [解析] 设等差数列{bn}的公差为d,则d=-14,因为an+1-an=bn,所以a8-a1=b1+b2+…+b7==[(b2-d)+(b2+5d)]=-112,则a8=-109.
5.(2017·黄冈质检)在等差数列{an}中,如果a1+a2=40,a3+a4=60,那么a7+a8=( )
A.95 B.100
C.135 D.80
B [解析] 由等差数列的性质可知,a1+a2,a3+a4,a5+a6,a7+a8构成新的等差数列,于是a7+a8=(a1+a2)+(4-1)[(a3+a4)-(a1+a2)]=40+3×20=100.
6.(2017·杭州重点中学联考)设Sn为等差数列{an}的前n项和,若a4<0,a5>|a4|,则使Sn>0成立的最小正整数n为( )
A.6 B.7
C.8 D.9
C [解析] 在等差数列{an}中 ,因为a4<0,a5>|a4|,所以a5>0,a5+a4>0,S7===7a4<0,S8===4(a4+a5)>0.
所以使Sn>0成立的最小正整数n为8,故选C.
7.在等差数列{an}中,a1=0,公差d≠0,若am=a1+a2+…+a9,则m的值为________.
[解析] am=a1+a2+…+a9=9a1+d=36d=a37.
所以m=37.
[答案] 37
8.设Sn为等差数列{an}的前n项和,S2=S6,a4=1,则a5=__________.
[解析] 设{an}的公差为d,由题意知
解得所以a5=a4+d=1+(-2)=-1.
[答案] -1
9.若两个等差数列{an}和{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,已知=,则等于________.
[解析] 因为a5=,b5=,
所以=====.
[答案]
10.记等差数列{an}的前n项和为Sn,当k≥2时,若Sk-1=8,Sk=0,Sk+1=-10,则Sn的最大值为________.
[解析] 当k≥2时,ak=Sk-Sk-1=-8,ak+1=Sk+1-Sk=-10,公差d=ak+1-ak=-2,Sk==0,所以a1+ak=0,所以a1=8,所以an=-2n+10,由an=0得n=5,所以S4=S5=20最大.
[答案] 20
11.已知数列{an}满足a1=1,an=(n∈N*,n≥2),数列{bn}满足关系式bn=(n∈N*).
(1)求证:数列{bn}为等差数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
[解] (1)证明:因为bn=,且an=,
所以bn+1===,
所以bn+1-bn=-=2.
又b1==1,所以数列{bn}是以1为首项,2为公差的等差数列.
(2)由(1)知数列{bn}的通项公式为bn=1+(n-1)×2=2n-1,又bn=,所以an==.
所以数列{an}的通项公式为an=.
12.已知等差数列{an}中,Sn是前n项的和,a1=-2 017,-=2,则S2 019的值为________.
[解析] 由-=a1 009-a1 008=2.
即{an}的公差d=2,又a1=-2 017,
所以S2 019=2 019×(-2 017)+×2=2 019.
[答案] 2 019
13.各项均为正数的数列{an}满足a=4Sn-2an-1(n∈N*),其中Sn为{an}的前n项和.
(1)求a1,a2的值;
(2)求数列{an}的通项公式.
[解] (1)当n=1时,a=4S1-2a1-1,
即(a1-1)2=0,解得a1=1.
当n=2时,a=4S2-2a2-1=4a1+2a2-1=3+2a2,
解得a2=3或a2=-1(舍去).
(2)a=4Sn-2an-1,①
a=4Sn+1-2an+1-1.②
②-①得a-a=4an+1-2an+1+2an=2(an+1+an),
即(an+1-an)(an+1+an)=2(an+1+an).
因为数列{an}各项均为正数,所以an+1+an>0,an+1-an=2,
所以数列{an}是首项为1,公差为2的等差数列.
所以an=2n-1.
14.已知数列{an}满足2an+1=an+an+2(n∈N*),它的前n项和为Sn,且a3=10,S6=72,若bn=an-30,设数列{bn}的前n项和为Tn,求Tn的最小值.
[解] 因为2an+1=an+an+2,所以an+1-an=an+2-an+1,
故数列{an}为等差数列.
设数列{an}的首项为a1,公差为d,由a3=10,S6=72得,
解得a1=2,d=4.
所以an=4n-2,则bn=an-30=2n-31,
令即
解得≤n≤,
因为n∈N*,所以n=15,
即数列{bn}的前15项均为负值,所以T15最小.
因为数列{bn}的首项是-29,公差为2,
所以T15==-225.