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- 2021-05-13 发布
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1.等比数列的定义
一般地,如果一个数列从第二项起,每一项与它的前一项的比都等于同一个常数,那么这个数列叫做等比数列,这个常数叫做等比数列的公比,通常用字母q表示(q≠0).
2.等比数列的通项公式
设等比数列{an}的首项为a1,公比为q,则它的通项an=a1·qn-1.
3.等比中项
如果在a与b中间插入一个数G,使a,G,b成等比数列,那么G叫做a与b的等比中项.
4.等比数列的常用性质
(1)通项公式的推广:an=am·qn-m(n,m∈N*).
(2)若{an}为等比数列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak·al=am·an.
(3)若{an},{bn}(项数相同)是等比数列,则{λan}(λ≠0),,{a},{an·bn},仍是等比数列.
5.等比数列的前n项和公式
等比数列{an}的公比为q(q≠0),其前n项和为Sn,
当q=1时,Sn=na1;
当q≠1时,Sn==.
6.等比数列前n项和的性质
公比不为-1的等比数列{an}的前n项和为Sn,则Sn,S2n-Sn,S3n-S2n仍成等比数列,其公比为qn.
【知识拓展】
等比数列{an}的单调性
(1)满足或时,{an}是递增数列.
(2)满足或时,{an}是递减数列.
(3)当时,{an}为常数列.
(4)当q<0时,{an}为摆动数列.
【思考辨析】
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)满足an+1=qan(n∈N*,q为常数)的数列{an}为等比数列.( × )
(2)G为a,b的等比中项⇔G2=ab.( × )
(3)如果数列{an}为等比数列,bn=a2n-1+a2n,则数列{bn}也是等比数列.( × )
(4)如果数列{an}为等比数列,则数列{ln an}是等差数列.( × )
1.(教材改编)等比数列{an}中,a2=2,a5=,则公比q=________.
答案
解析 a2=a1q=2,a5=a1q4=,
∴q3=,∴q=.
2.(教材改编)下列关于“等比中项”的说法中,正确的是________(填序号).
①任何两个实数都有等比中项;
②两个正数的等比中项必是正数;
③两个负数的等比中项不存在;
④同号两数必存在互为相反数的两个等比中项.
答案 ④
解析 ①一正数、一负数没有等比中项;
②两个正数的等比中项有两个,它们一正、一负;
③两个负数a,b的等比中项为±;
所以①、②、③错误,易知④正确.
3.设等比数列{an}的前n项和为Sn,若S2=3,S4=15,则S6=________.
答案 63
解析 根据题意知,等比数列{an}的公比不是-1.由等比数列的性质,得(S4-S2)2=S2·(S6-S4),即122=3×(S6-15),解得S6=63.
4.(教材改编)设等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=1,S6=4S3,则a4=________.
答案 3
解析 由S6=4S3,
所以=4,
所以q3=3(q3=1不合题意,舍去),
所以a4=a1·q3=1×3=3.
5.设Sn为等比数列{an}的前n项和,8a2+a5=0,则=________.
答案 -11
解析 设等比数列{an}的公比为q,
∵8a2+a5=0,∴8a1q+a1q4=0.
∴q3+8=0,∴q=-2,
∴=·
===-11.
题型一 等比数列基本量的运算
例1 (1)(2015·课标全国Ⅱ)已知等比数列{an}满足a1=,a3a5=4(a4-1),则a2=________.
(2)已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且a1+a3=,a2+a4=,则=________.
答案 (1) (2)2n-1
解析 (1)由{an}为等比数列,得a3a5=a,
又a3a5=4(a4-1),所以a=4(a4-1),
解得a4=2.设等比数列{an}的公比为q,
则由a4=a1q3,得2=q3,解得q=2,
所以a2=a1q=.
(2)∵∴
由①除以②可得=2,
解得q=,代入①得a1=2,
∴an=2×()n-1=,
∴Sn==4(1-),
∴==2n-1.
思维升华 等比数列基本量的运算是等比数列中的一类基本问题,数列中有五个量a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”,通过列方程(组)可迎刃而解.
(1)设{an}是由正数组成的等比数列,Sn为其前n项和.已知a2a4=1,S3=7,则S5=________.
(2)(2015·湖南)设Sn为等比数列{an}的前n项和,若a1=1,且3S1,2S2,S3成等差数列,则an=________.
答案 (1) (2)3n-1
解析 (1)显然公比q≠1,由题意得
解得或(舍去),
∴S5===.
(2)由3S1,2S2,S3成等差数列知,4S2=3S1+S3,
可得a3=3a2,所以公比q=3,
故等比数列通项an=a1qn-1=3n-1.
题型二 等比数列的判定与证明
例2 设数列{an}的前n项和为Sn,已知a1=1,Sn+1=4an+2.
(1)设bn=an+1-2an,证明:数列{bn}是等比数列;
(2)求数列{an}的通项公式.
(1)证明 由a1=1及Sn+1=4an+2,
得a1+a2=S2=4a1+2.
∴a2=5,∴b1=a2-2a1=3.
又
由①-②,得an+1=4an-4an-1(n≥2),
∴an+1-2an=2(an-2an-1)(n≥2).
∵bn=an+1-2an,∴bn=2bn-1(n≥2),
故{bn}是首项b1=3,公比为2的等比数列.
(2)解 由(1)知bn=an+1-2an=3·2n-1,
∴-=,
故{}是首项为,公差为的等差数列.
∴=+(n-1)·=,
故an=(3n-1)·2n-2.
引申探究
若将例2中“Sn+1=4an+2”改为“Sn+1=2Sn+(n+1)”,其他不变,求数列{an}的通项公式.
解 由已知得n≥2时,Sn=2Sn-1+n.
∴Sn+1-Sn=2Sn-2Sn-1+1,
∴an+1=2an+1,
∴an+1+1=2(an+1),n≥2,(*)
又a1=1,S2=a1+a2=2a1+2,
即a2+1=2(a1+1),
∴当n=1时(*)式也成立,
故{an+1}是以2为首项,以2为公比的等比数列,
∴an+1=2·2n-1=2n,∴an=2n-1.
思维升华 (1)证明一个数列为等比数列常用定义法与等比中项法,其他方法只用于填空题中的判定;若证明某数列不是等比数列,则只要证明存在连续三项不成等比数列即可.
(2)利用递推关系时要注意对n=1时的情况进行验证.
已知数列{an}满足a1=1,an+1=3an+1.
(1)证明:{an+}是等比数列,并求{an}的通项公式;
(2)证明:++…+<.
证明 (1)由an+1=3an+1,得an+1+=3(an+).
又a1+=,
所以{an+}是首项为,公比为3的等比数列.
所以an+=,因此{an}的通项公式为an=.
(2)由(1)知=.
因为当n≥1时,3n-1≥2×3n-1,所以≤.
于是++…+≤1++…+
=(1-)<,
所以++…+<.
题型三 等比数列性质的应用
例3 (1)若等比数列{an}的各项均为正数,且a10a11+a9a12=2e5,则ln a1+ln a2+…+ln a20=________.
(2)设等比数列{an}的前n项和为Sn,若=,则=________.
答案 (1)50 (2)
解析 (1)因为a10a11+a9a12=2a10a11=2e5,
所以a10a11=e5.
所以ln a1+ln a2+…+ln a20
=ln(a1a2…a20)
=ln[(a1a20)·(a2a19)·…·(a10a11)]
=ln(a10a11)10=10ln(a10a11)
=10ln e5=50ln e=50.
(2)方法一 ∵S6∶S3=1∶2,∴{an}的公比q≠1.
由÷=,得q3=-,
∴==.
方法二 ∵{an}是等比数列,且=,∴公比q≠-1,
∴S3,S6-S3,S9-S6也成等比数列,即(S6-S3)2=S3·(S9-S6),
将S6=S3代入得=.
思维升华 等比数列常见性质的应用
等比数列性质的应用可以分为三类:
(1)通项公式的变形.
(2)等比中项的变形.
(3)前n项和公式的变形.根据题目条件,认真分析,发现具体的变化特征即可找出解决问题的突破口.
(1)已知在等比数列{an}中,a1a4=10,则数列{lg an}的前4项和等于________.
(2)(2016·南通一调) 设等比数列{an}的前n项和为Sn,若S2=3,S4=15,则S6的值为________.
答案 (1)2 (2)63
解析 (1)前4项和S4=lg a1+lg a2+lg a3+lg a4=lg(a1a2a3a4),又∵等比数列{an}中,a2a3=a1a4=10,
∴S4=lg 100=2.
(2)方法一 由等比数列的性质得,q2==4,所以q=±2.
由S2=3,解得或
所以S6===63或S6===63.
方法二 由S2,S4-S2,S6-S4成等比数列可得(S4-S2)2=S2(S6-S4),所以S6=63.
13.分类讨论思想在等比数列中的应用
典例 (14分)已知首项为的等比数列{an}的前n项和为Sn(n∈N*),且-2S2,S3,4S4成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)证明:Sn+≤(n∈N*).
思想方法指导 (1)利用等差数列的性质求出等比数列的公比,写出通项公式.
(2)求出前n项和,根据函数的单调性证明.
规范解答
(1)解 设等比数列{an}的公比为q,
因为-2S2,S3,4S4成等差数列,
所以S3+2S2=4S4-S3,即S4-S3=S2-S4,
可得2a4=-a3,于是q==-. [2分]
又a1=,所以等比数列{an}的通项公式为
an=×n-1=(-1)n-1·. [4分]
(2)证明 由(1)知,Sn=1-n,
Sn+=1-n+
= [8分]
当n为奇数时,Sn+随n的增大而减小,
所以Sn+≤S1+=. [10分]
当n为偶数时,Sn+随n的增大而减小,
所以Sn+≤S2+=. [12分]
故对于n∈N*,有Sn+≤. [14分]
1.(教材改编){an},{bn}都是等比数列,那么下列正确的序号是________.
①{an+bn},{an·bn}都一定是等比数列;
②{an+bn}一定是等比数列,但{an·bn}不一定是等比数列;
③{an+bn}不一定是等比数列,但{an·bn}一定是等比数列;
④{an+bn},{an·bn}都不一定是等比数列.
答案 ③
解析 {an+bn}不一定是等比数列,如an=1,bn=-1,因为an+bn=0,所以{an+bn
}不是等比数列.设{an},{bn}的公比分别为p,q,因为=·=pq≠0,所以{an·bn}一定是等比数列.
2.(2016·江苏东海中学月考)在由正数组成的等比数列{an}中,若a4a5a6=3,log3a1+log3a2+log3a8+log3a9的值为________.
答案
解析 ∵a4a6=a,∴a4a5a6=a=3,
解得∵a1a9=a2a8=a,
∴log3a1+log3a2+log3a8+log3a9=log3a1a2a8a9
3.在正项等比数列{an}中,已知a1a2a3=4,a4a5a6=12,an-1anan+1=324,则n=________.
答案 14
解析 设数列{an}的公比为q,
由a1a2a3=4=aq3与a4a5a6=12=aq12,
可得q9=3,an-1anan+1=aq3n-3=324,
因此q3n-6=81=34=q36,
所以n=14.
*4.(2015·福建改编)若a,b是函数f(x)=x2-px+q(p>0,q>0)的两个不同的零点,且a,b,-2这三个数可适当排序后成等差数列,也可适当排序后成等比数列,则p+q的值等于________.
答案 9
解析 由题意知:a+b=p,ab=q,∵p>0,q>0,∴a>0,b>0.在a,b
,-2这三个数的6种排序中,成等差数列的情况有a,b,-2;b,a,-2;-2,a,b;-2,b,a;成等比数列的情况有a,-2,b;b,-2,a.
∴或解得或
∴p=5,q=4,∴p+q=9.
5.已知数列{an}满足log3an+1=log3an+1(n∈N*),且a2+a4+a6=9,则(a5+a7+a9)的值是________.
答案 -5
解析 由log3an+1=log3an+1(n∈N*),
得log3an+1-log3an=1,即log3=1,
解得=3,所以数列{an}是公比为3的等比数列.
因为a5+a7+a9=(a2+a4+a6)q3,
所以a5+a7+a9=9×33=35.
所以
6.(2017·盐城检测)在由正数组成的等比数列{an}中,若a3a4a5=3π,则sin(log3a1+log3a2+…+log3a7)的值为________.
答案
解析 因为a3a4a5=3π=a,所以
log3a1+log3a2+…+log3a7=log3(a1a2…a7)
所以sin(log3a1+log3a2+…+log3a7)=.
7.设Sn为等比数列{an}的前n项和,已知3S3=a4-2,3S2=a3-2,则公比q=________.
答案 4
解析 因为
由①-②,得3a3=a4-a3,即4a3=a4,
则q==4.
8.(2016·南京调研)设公差不为0的等差数列{an}的前n项和为Sn.若S3=a,且S1,S2,S4成等比数列,则a10=________.
答案 19
解析 设等差数列{an}的公差为d(d≠0),因为S1,S2,S4成等比数列,所以S=S1S4,从而(2a1+d)2=a1(4a1+6d),整理得2a1d-d2=0,因为d≠0,所以d=2a1,又因为S3=a,所以3a1+3d=(a1+d)2,将d=2a1代入上式得3a1+6a1=(a1+2a1)2,即9a1=9a,解之得a1=1(a1=0舍),从而d=2,所以a10=1+9×2=19.
*9.已知正项等比数列{an}满足a2 015=2a2 013+a2 014,若存在两项am,an,使得=4a1,则的最小值为________.
答案
解析 设{an}的公比为q(q>0),由正项等比数列{an}满足a2 015=2a2 013+a2 014,
可得a2 013·q2=2a2 013+a2 013·q,
∴q2-q-2=0,∵q>0,∴q=2.
∵=4a1,∴qm+n-2=16,∴m+n=6.
∴=(m+n)=≥,
当且仅当=,即m=2,n=4时取等号.
故的最小值为.
10.(2016·苏锡常镇一调)设数列{an}是首项为1,公差不为零的等差数列,Sn为其前n项和,若S1,S2,S4成等比数列,则数列{an}的公差为________.
答案 2
解析 设公差为d,其中d≠0,则S1,S2,S4分别为1,2+d,4+6d.由S1,S2,S4成等比数列,得(2+d)2=4+6d,即d2=2d.因为d≠0,所以d=2.
*11.(2016·苏北四市期末)已知各项均为正数的数列{an}的首项a1=1,Sn是数列{an}的前n项和,且满足anSn+1-an+1Sn+an-an+1=λanan+1(λ≠0,n∈N*).
(1)若a1,a2,a3成等比数列,求实数λ的值;
(2)若λ=,求Sn.
解 (1) 令n=1,得a2=.
令n=2,得a2S3-a3S2+a2-a3=λa2a3,
所以a3=.
由a=a1a3,
得()2=,
因为λ≠0,所以λ=1.
(2)当λ=时,
anSn+1-an+1Sn+an-an+1=anan+1,
所以-+-=,
即-=,
所以数列{}是以2为首项,为公差的等差数列,
所以=2+(n-1)·,
即Sn+1=(+)an, ①
当n≥2时,Sn-1+1=(+1)an-1, ②
①-②得,an=an-an-1,
即(n+1)an=(n+2)an-1,所以=(n≥2),
所以{}是常数列,且为,所以an=(n+2).
代入①得Sn=(+)an-1=.
12.已知{an}是首项为1,公差为2的等差数列,Sn表示{an}的前n项和.
(1)求an及Sn;
(2)设{bn}是首项为2的等比数列,公比q满足q2-(a4+1)q+S4=0,求{bn}的通项公式及其前n项和Tn.
解 (1)因为{an}是首项a1=1,公差d=2的等差数列,所以an=a1+(n-1)d=2n-1.
故Sn=1+3+…+(2n-1)
===n2.
(2)由(1)得a4=7,S4=16.
因为q2-(a4+1)q+S4=0,即q2-8q+16=0,
所以(q-4)2=0,从而q=4.
又因为b1=2,{bn}是公比q=4的等比数列,
所以bn=b1qn-1=2·4n-1=22n-1.
从而{bn}的前n项和Tn==(4n-1).
13.(2016·全国丙卷)已知各项都为正数的数列{an}满足a1=1,a-(2an+1-1)an-2an+1=0.
(1)求a2,a3;
(2)求{an}的通项公式.
解 (1)由题意,得a2=,a3=.
(2)由a-(2an+1-1)an-2an+1=0,得
2an+1(an+1)=an(an+1).
因为{an}的各项都为正数,所以=.
故{an}是首项为1,公比为的等比数列,
因此an=.
14.已知数列{an}中,a1=1,an·an+1=n,记T2n为{an}的前2n项的和,bn=a2n+a2n-1,n∈N*.
(1)判断数列{bn}是否为等比数列,并求出bn;
(2)求T2n.
解 (1)∵an·an+1=n,
∴an+1·an+2=n+1,
∴=,即an+2=an.
∵bn=a2n+a2n-1,
∴===,
∵a1=1,a1·a2=,
∴a2=⇒b1=a1+a2=.
∴{bn}是首项为,公比为的等比数列.
∴bn=×n-1=.
(2)由(1)可知,an+2=an,
∴a1,a3,a5,…是以a1=1为首项,以为公比的等比数列;a2,a4,a6,…是以a2=为首项,以为公比的等比数列,
∴T2n=(a1+a3+…+a2n-1)+(a2+a4+…+a2n)
=+
=3-.