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- 2021-05-14 发布
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数 列
例1、已知数列项、公比都为q(q>0且q≠1)的等比数列,.
(1)当q=5时,求数列的前n项和Sn; (2)当时,若,求n的最小值.
解:(1)由题得………2分
设…………(1)
……………………(2分)
两式相减:
…………6分
(2)
…………8分
,即取时,.
所求的最小自然数是15.……………………………………………………12分
例2、已知数列中,,且对时,有
.
(Ⅰ)设数列满足,证明数列为等比数列,并求数列的通项公式;
(Ⅱ)记,求数列的前n项和Sn.
(Ⅰ) 证明:由条件,得,
则.………………2分
即,所以,.
所以是首项为2,公比为2的等比数列. ……………4分
,所以.两边同除以,可得.……………………………6分
于是为以首项,-为公差的等差数列.所以.………………………8分
(Ⅱ),令,则.
而.∴. ………………………………………12分
,
∴.…14分
令Tn=, ①则2Tn=. ②
①-②,得Tn=,Tn=.∴.……………16分
例3、已知以a为首项的数列满足:(1)若0<≤6,求证:0<≤6;
(2)若a,k∈N﹡,求使对任意正整数n都成立的k与a;
(3)若 (m∈N﹡),试求数列的前4m+2项的和.
【解】 (1)当时,则,当时,则,
故,所以当时,总有. ……………………4分
(2)①当时,,故满足题意的N*.
同理可得,当或4时,满足题意的N*.当或6时,满足题意的N*.
②当时,,故满足题意的k不存在.
③当时,由(1)知,满足题意的k不存在.综上得:当时,满足题意的N*;
当时,满足题意的N*. ……………………10分
(3)由mN*,可得,故,当时,.
故且.又,所以.
故=4
=4=
. ……16分
例4、设数列的前项和为,且,其中;
(1) 证明:数列是等比数列。(2)设数列的公比,数列满足
(2) ,(求数列的通项公式;
(3)记,记,求数列的前项和为;
【解】(1)由,
相减得:,∴,∴数列是等比数列
(2),∴,
∴是首项为,公差为1的等差数列;∴∴
(3)时,,∴,
∴, ①
②
②-①得:,
∴,
所以:
例5、 已知数列是公差为的等差数列,
数列是公比为的(q∈R)的等比数列,若函数,且,,,
(1)求数列和的通项公式;
(2)设数列的前n项和为,对一切,都有成立,求
【解】(1)数列是公差为的等差数列
,且
……数列是公比为的(q∈R)的等比数列
,且,,
………………….8分
(2) ,………………….10分
………………….12分
设
………………….14分
综上………………….16分
例6、在正项数列中,令.(Ⅰ)若是首项为25,公差为2的等差数列,求;
(Ⅱ)若(为正常数)对正整数恒成立,求证为等差数列;
(Ⅲ)给定正整数,正实数,对于满足的所有等差数列,
求的最大值.
【解】(Ⅰ)解:由题意得,,所以=…(4分)
(Ⅱ)证:令,,则=1………………………(5分)
所以=(1),=(2),
(2)—(1),得—=,
化简得(3)……………………………………(7分)
(4),(4)—(3)得(9分)
在(3)中令,得,从而为等差数列 ………………………(10分)
(Ⅲ)记,公差为,则=……(12分)
则,
……………………(14分)
则,当且仅当,即时等号成立 (16分)
例7、已知点(N)顺次为直线上的点,点(N)顺次为轴上的点,其中,对任意的N,点、、构成以为顶点的等腰三角形.(Ⅰ)证明:数列是等差数列;
(Ⅱ)求证:对任意的N,是常数,并求数列的通项公式;
(Ⅲ)在上述等腰三角形中是否存在直角三角形,若存在,求出此时的值;若不存在,请说明理由.
解: (Ⅰ)依题意有,于是.所以数列是等差数列. ……….4分
(Ⅱ)由题意得,即 , () ①
所以又有. ② ………6分
由②①得,可知都是等差数列.那么得
,. (
故 …………10分
(Ⅲ)当为奇数时,,所以
当为偶数时,所以
作轴,垂足为则,要使等腰三角形为直角三角形,
必须且只需. 当为奇数时,有,即 . ①
当时,;当时,;当, ①式无解.
当为偶数时,有,同理可求得.
综上所述,上述等腰三角形中存在直角三角形,此时的值为或或. ……………..14分
例8、已知点N)都在函数的图象上.
(Ⅰ)若数列是等差数列,求证数列为等比数列;
(Ⅱ)若数列的前项和为=,过点的直线与两坐标轴所围成三角形面积为,求使对N恒成立的实数的取值范围.
解: (Ⅰ)因为数列是等差数列,故设公差为,则对N恒成立.依题意
,.由,所以是定值,
从而数列是等比数列. …………5分
(Ⅱ)当时,,当时,,当时也适合此式,即数列的通项公式是. 由,数列的通项公式是. ……………8分
所以,过这两点的直线方程是,该直线
与坐标轴的交点是和.. ……………11分
因为.
即数列的各项依次单调递减,所以要使对N恒成立,只要,又,可得的取值范围是. 故实数的取值范围是. …………14分
例9、已知数列{an}、{bn}满足:。
(1)求证:数列是等差数列;(2)求数列{an}的通项an;
(3)设,若对于nÎN*恒成立,试求实数a的取值范围。
解:(1)由依题意
(2)由(1)知
(3)
例10、设正整数数列满足:,当时,有.
(I) 求、的值;(Ⅱ)求数列的通项;
(Ⅲ) 记,证明,对任意, .
解(Ⅰ)时,,由已知,得,
因为为正整数,所以,同理………………………………2分
(Ⅱ)由(Ⅰ)可猜想:。………………………………………………3分
证明:①时,命题成立;②假设当与时成立,即,。……………4分
于是,整理得:,……………………………5分
由归纳假设得:,…………………6分
因为为正整数,所以,即当时命题仍成立。
综上:由知①②知对于,有成立.………………………………7分
(Ⅲ)证明:由 ③得
④
③式减④式得 ⑤…………………9分
⑥
⑤式减⑥式得…………………11分
则 .……14分
例11、设数列{}的前n项和为,点的图象上。
(1)求数列{}的通项公式;
(2)设对所有都成立的最小正整数m.
解:(1)依题意得…………………………2分
当时,……①
当时,适合①式,所以,…5分
(2)由(1)得知
故…9分
因此,使成立的,必须且仅须满足,
即,…………………………………………………………………………11分
所以满足要求的最小正整数为10。……………………………………………13分
例12、已知曲线C:xy=1,过C上一点作一斜率为的直线交曲线C于另一点,点列的横坐标构成数列{},其中.
(1)求与的关系式;(2)求证:{}是等比数列;
(3)求证:。
解:(1)过C:上一点作斜率为的直线交C于另一点,
则, ----------------------------3分
(前三个式子各式1分) 于是有: 即: --------4分
(2)记,则,
因为,因此数列{}是等比数列。 --------8分
(3)由(2)可知:,。
当n为偶数时有:=, 于是①在n为偶数时有:
。 ----------12分
②在n为奇数时,前n-1项为偶数项,于是有:
。 -----------------13分
综合①②可知原不等式得证。 ----------------------------14分
例13、根据如图所示的程序框图,将输出的x、y值依次分别记为;
(Ⅰ)求数列的通项公式;(Ⅱ)写出y1,y2,y3,y4,由此猜想出数列{yn};
的一个通项公式yn,并证明你的结论;
(Ⅲ)求.
解:(Ⅰ)由框图,知数列 ……2分
∴ ……4分
(Ⅱ)y1=2,y2=8,y3=26,y4=80.由此,猜想 ……2分
证明:由框图,知数列{yn}中,yn+1=3yn+2∴∴ …4分
∴数列{yn+1}是以3为首项,3为公比的等比数列。∴+1=3·3n-1=3n
∴=3n-1() ……6分
(Ⅲ)zn==1×(3-1)+3×(32-1)+…+(2n-1)(3n-1)
=1×3+3×32+…+(2n-1)·3n-[1+3+…+(2n-1)]记Sn=1×3+3×32+…+(2n-
1)·3n,①
则3Sn=1×32+3×33+…+(2n-1)×3n+1 ② ……2分
①-②,得-2Sn=3+2·32+2·33+…+2·3n-(2n-1)·3n+1=2(3+32+…+3n)-3-(2n-1)·3n+1
=2×=
∴又1+3+…+(2n-1)=n2
∴. ……4分
例14、已知数列的首项,前项和.(Ⅰ)求数列的通项公式;
(Ⅱ)设,,为数列的前项和,求证:.
解:(Ⅰ)由,, ①
∴ , ②
①-②得:,即
, 4分
∵,
∴。 8分
(Ⅱ)∵,∴, 10分
∴
.故. 14分
例15、已知点在直线上,点……,顺次为轴上的点,其中,对于任意,点构成以为顶角的等腰三角形, 设的面积为.
(1) 证明:数列是等差数列;
(2) 求;(用和的代数式表示)
O
.
.
.
B1
B2
Bn
x
y
(3) 设数列前项和为,判断与()的大小,并证明你的结论;
解:(1)由于点在直线上,
则, 因此,所以数列是等差数列 ……2分
(2)由已知有,那么 ……3分
同理以上两式相减,得, ……4分
∴成等差数列;也成等差数列,
∴, ……5分
……6分
点,则,,
而∴ ……8分
(3)由(1)得:, ……9分
则
而,则, ……11分
即 ∴
∴
∴ ……12分
由于 ,而,
则, 从而 , ……13分
同理:……
以上个不等式相加得:
即,从而 …14分
说明:(1)也可由数学归纳法证明 ;
(2) 本题也可以求出的通项公式,由两边同时除以,
(3) 令,则
(4)
利用错位相减法可求出:
则,则,时,也符合上式,
则对任意正整数都成立.下同上述解法
w.w.w.k.s.5.
例16、已知定义在上的函数满足:对任意实数,总有
恒成立,,且对任意正整数,有,.
(1)求数列的通项公式;
(2)记,,比较与的大小关系,并给出证明;
解:(1)因为,所以
又因为……………………………3分
又
. ……………6分
(2),…………8分
…………………………10分
(用数学归纳法也行). ………13分
例17、已知正项数列的前项和为,,且满足 。
(1)求数列通项公式;(2)求证:当时,。
解:(1)时, ……………①
时,…………………②………………………1分
时,①-②得:
∵ ∴,………………………………………………3分
令, ∵ ∴
时,…………………………………5分
又 ∴…………………………………6分
(2)当时,左边
……………………9分
………………11分
∴当时,………………………………12分
例18、设方程tan2πx-4tanπx+=0在[n-1,n)(n∈N*)内的所有解之和为an.
(1)求a1、a2的值,并求数列{an}的通项公式;(2)设数列{bn}满足条件:b1=2,bn+1≥a,求证:
++…+<2.
解:方程tan2πx-4tanπx+=(tanπx-1)(tanπx-)=0得tanπx=或tanπx=
(1)当n=1时,x∈[0,1),即πx∈[0,π)
由tanπx=,或tanπx=得πx=或πx=
故a1=+=;………………2分
当n=2时,x∈[1,2),则πx∈[π,2π)由tanπx=或tanπx=,得πx=或πx=
故a1=+=………………4分当x∈[n-1,n)时,πx∈[(n-1)π,nπ)
由tanπx=,或tanπx=得πx=+(n-1)π或πx=+(n-1)π得x=+(n-1)或x=+(n-1),
故an=+(n-1)++(n-1)=2n-………6分
(2)由(1)得bn+1≥a=2bn-即bn+1-≥a=2(bn-)≥22(bn-1-)≥…≥2n(b1-)=2n-1>0……10分
则≤,即≤
++…+≤1++…+=2-<2.……12分
例19、正项数列中,前n项和为Sn,且。
(1) 求数列的通项公式;
(2) (2)设。
解:(1)由
例20、已知数列中,
(1)求数列的通项公式;(2)设
(3)设是否存在最大的整数m
,使得对任意,均有成立?若存在,求出m,若不存在,请说明理由。
答案:解:(1)……………………5分
(2)……………………10分
(3)由(1)可得则
……………………12分
由Tn为关于n的增函数,故,于是欲使恒成立
则∴存在最大的整数m=7满足题意…………………………14分
例21、已知数列的前n项和为且.
(Ⅰ)求数列的通项公式;(Ⅱ)设,求数列的前n项和;
(Ⅲ)设,证明:.
答案:(Ⅰ)(1) (2)
(2)-(1)得: ,所以 (3分)
(Ⅱ) (3)
(4)
(3)-(4)得:
例22、数列中,且满足
(Ⅰ)求数列的通项公式;(Ⅱ)设求的解析式;
(Ⅲ)设计一个求的程序框图.
【解】(Ⅰ) 所以数列为等差数列. ………………………2分
又
所以……………………………………4分
(Ⅱ)令则有所以
所以当时,
……………………6分
当时,
……………8分
是
否
(Ⅲ)
……………………………………………12分
例23、设数列的前项和为,点在直线上,为常数,.
(Ⅰ)求;(Ⅱ)若数列的公比,数列满足,求证:为等差数列,并求;(III)设数列满足,为数列的前项和,且存在实数满足,,求的最大值.
【解】(Ⅰ)由题设, ①…………………1分
由①,时, ② ………………2分
①②得,
…………………………………………………………………5分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知
化简得: …………………………7分
为等差数列,………………………9分
(III)由(Ⅱ)知为数列的前项和,因为,
所以是递增的, .……………………………………………12分
所以要满足,,
所以的最大值是.……………………………………………………………………14分
例24、已知数列{}中,在直线y=x上,其中n=1,2,3….
(1)令求证数列是等比数列(2)求数列
⑶ 设的前n项和,是否存在实数,使得数列为等差数列?若存在,试求出.若不存在,则说明理由。
解:(I)由已知得
又
是以为首项,以为公比的等比数列.
(II)由(I)知,
将以上各式相加得:
(III)解法一:存在,使数列是等差数列.
数列是等差数列的充要条件是、是常数即
又
当且仅当,即时,数列为等差数列.
解法二:存在,使数列是等差数列.由(I)、(II)知,
又
当且仅当时,数列是等差数列.
例25、如图,是曲线
上的个点,点在轴的正半轴上,是正三角形(是坐标原点) .(Ⅰ) 写出;(Ⅱ)求出点的横坐标关于的表达式;
(Ⅲ)设,若对任意正整数,当时,不等式恒成立,求实数的取值范围.
解:(Ⅰ) .…………………………………………… 2分
(Ⅱ)依题意,则
y
x
O
A0
P1
P2
P3
A1
A2
A3
,… 3分
在正三角形中,有
..……………… 4分
, , ①
同理可得 . ②
①-②并变形得
, , … 6分
. ∴数列是以为首项,公差为的等差数列. , …………………………………… 7分
,.
. ………………………… 8分
(Ⅲ)解法1 :∵, ∴.
.∴当时,上式恒为负值,∴当时,,
∴数列是递减数列. 的最大值为. ……………… 11分
若对任意正整数,当时,不等式恒成立,则不等式在时恒成立,即不等式在时恒成立.
设,则且,∴
解之,得 或,即的取值范围是.…………… 14分
解法2:∵,
设,则.
当时,,在是增函数.∴数列是递减数列. 的最大值为. …… 11分
(以下解答过程与解法1相同)
例26、已知函数,设曲线在点处的切线与轴的交点为,其中为正实数
(1)用表示;(2),若,试证明数列为等比数列,并求数列的通项公式;
(3)若数列的前项和,记数列的前项和,求。
解:(1)由题可得,所以在曲线上点处的切线方程为,即 -2分
令,得,即由题意得,所以 --4分
(2)因为,所以
即,所以数列为等比数列故 ---8分
(3)当时,当时,
所以数列的通项公式为,故数列的通项公式为
① ①的 ②
①②得故 --14分
例27、数列的前项和为,已知
(Ⅰ)写出与的递推关系式,并求关于的表达式;
(Ⅱ)设,求数列的前项和。
解:由得:,即
,所以,对成立。由,,…,相加得:,又,所以,当时,也成立。
(Ⅱ)由,得。而,
例28、已知数列{}中,在直线y=x上,其中n=1,2,3….
(Ⅰ)令(Ⅱ)求数列
(Ⅲ)设的前n项和,是否存在实数,使得数列为等差数列?若存在,试求出.若不存在,则说明理由。
解:(I)由已知得
又
是以为首项,以为公比的等比数列.
(II)由(I)知,
将以上各式相加得:
(III)解法一:存在,使数列是等差数列.
数列是等差数列的充要条件是、是常数即
又
当且仅当,即时,数列为等差数列.
解法二:存在,使数列是等差数列.
由(I)、(II)知,
又
当且仅当时,数列是等差数列.
例29、在数列中,,其中.(Ⅰ)求数列的通项公式;(Ⅱ)求数列的前项和;(Ⅲ)证明存在,使得对任意均成立.
(Ⅰ)解法一:,,
.由此可猜想出数列的通项公式为.
以下用数学归纳法证明.(1)当时,,等式成立.
(2)假设当时等式成立,即,
那么.
就是说,当时等式也成立.根据(1)和(2)可知,等式对任何都成立.
解法二:由,,可得,
所以为等差数列,其公差为1,首项为0,故,所以数列的通项公式为.
(Ⅱ)解:设, ①
②
当时,①式减去②式,得,
.这时数列的前项和.当时,.这时数列的前项和.
(Ⅲ)证明:通过分析,推测数列的第一项最大,下面证明:
. ③由知,要使③式成立,只要,
因为
.所以③式成立.
因此,存在,使得对任意均成立.
例30、已知数列中,,.
(Ⅰ)求的通项公式;(Ⅱ)若数列中,,,
证明:,.
解:(Ⅰ)由题设:
,.
所以,数列是首项为,公比为的等比数列,,
即的通项公式为,.
(Ⅱ)用数学归纳法证明.(ⅰ)当时,因,,所以
,结论成立.(ⅱ)假设当时,结论成立,即,
也即.当时,
,又,
所以 .
也就是说,当时,结论成立.
根据(ⅰ)和(ⅱ)知,.
例31、数列为等差数列,为正整数,其前项和为,数列为等比数列,且,数列是公比为64的等比数列,.(1)求;
(2)求证.
解:(1)设的公差为,的公比为,则为正整数,,
依题意有①由知为正有理数,故为的因子之一,
解①得故
(2)∴
例32、 数列
(Ⅰ)求并求数列的通项公式;
(Ⅱ)设证明:当
解: (Ⅰ)因为所以
一般地,当时,=,即
所以数列是首项为1、公差为1的等差数列,因此
当时,
所以数列是首项为2、公比为2的等比数列,因此故数列
的通项公式为
(Ⅱ)由(Ⅰ)知, ①
②
①-②得,
所以
要证明当时,成立,只需证明当时,成立.
证法一(1)当n = 6时,成立.
(2)假设当时不等式成立,即
则当n=k+1时,
由(1)、(2)所述,当n≥6时,.即当n≥6时,
证法二 令,则
所以当时,.因此当时,于是当时,
综上所述,当时,
例33、已知数列的首项,,.
(Ⅰ)求的通项公式;(Ⅱ)证明:对任意的,,;
(Ⅲ)证明:.
解法一:(Ⅰ),,,
又,是以为首项,为公比的等比数列.,.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,
,原不等式成立.
(Ⅲ)由(Ⅱ)知,对任意的,有
.取,
则.原不等式成立.
解法二:(Ⅰ)同解法一.(Ⅱ)设,
则,
当时,;当时,,当时,取得最大值.原不等式成立.(Ⅲ)同解法一.
例34、等比数列{}的前n项和为, 已知对任意的 ,点,均在函数且均为常数)的图像上.
(1)求r的值; (11)当b=2时,记 .
证明:对任意的 ,不等式成立
解:因为对任意的,点,均在函数且均为常数的图像上.所以得,当时,,当时,,又因为{}为等比数列,所以,公比为,
(2)当b=2时,,
则,所以 .
下面用数学归纳法证明不等式成立.
① 当时,左边=,右边=,因为,所以不等式成立.
① 假设当时不等式成立,即成立.则当时,左边=
所以当时,不等式也成立. . 由①、②可得不等式恒成立.
【命题立意】:本题主要考查了等比数列的定义,通项公式,以及已知求的基本题型,并运用数学归纳法证明与自然数有关的命题,以及放缩法证明不等式.
例35、已知曲线.从点向曲线引斜率为的切线,切点为.(1)求数列的通项公式;(2)证明:.
解:(1)设直线:,联立得,则,∴(舍去).
,即,∴
(2)证明:∵ .
∴
由于,可令函数,则,令,得,给定区间,则有,则函数在上单调递减,∴,即在恒成立,又,则有,即.
例36、数列的通项,其前n项和为.
(1) 求; (2) 求数列{}的前n项和.
解: (1) 由于,故
,
故 ()
(2)
两式相减得
故
例37、设数列的前项和为,对任意的正整数,都有成立,记。
(I)求数列与数列的通项公式;
(II)设数列的前项和为,是否存在正整数,使得成立?若存在,找出一个正整数;若不存在,请说明理由;(III)记,设数列的前项和为,求证:对任意正整数都有;
【解析】(I)当时, 又
∴数列是首项为,公比为的等比数列,
∴, …………………………………3分
(II)不存在正整数,使得成立。证明:由(I)知
∴当n为偶数时,设 ∴
当n为奇数时,设∴∴对于一切的正整数n,都有 ∴不存在正整数,使得成立。 …………………………………8分
(III)由得
又,
当时,,
当时,
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