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  • 2021-06-11 发布

高考数学专题复习练习:6_2 等差数列及其前n项和

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‎1.等差数列的定义 一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,通常用字母d表示.‎ ‎2.等差数列的通项公式 如果等差数列{an}的首项为a1,公差为d,那么它的通项公式是an=a1+(n-1)d.‎ ‎3.等差中项 由三个数a,A,b组成的等差数列可以看成最简单的等差数列.这时,A叫做a与b的等差中项.‎ ‎4.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.‎ ‎(6)数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…构成等差数列.‎ ‎5.等差数列的前n项和公式 设等差数列{an}的公差为d,其前n项和Sn=或Sn=na1+d.‎ ‎6.等差数列的前n项和公式与函数的关系 Sn=n2+n.‎ 数列{an}是等差数列⇔Sn=An2+Bn(A,B为常数).‎ ‎7.等差数列的前n项和的最值 在等差数列{an}中,a1>0,d<0,则Sn存在最大值;若a1<0,d>0,则Sn存在最小值.‎ ‎【知识拓展】‎ 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.‎ ‎【思考辨析】‎ 判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)‎ ‎(1)若一个数列从第二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)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的.( √ )‎ ‎(3)等差数列的前n项和公式是常数项为0的二次函数.( × )‎ ‎(4)已知等差数列{an}的通项公式an=3-2n,则它的公差为-2.( √ )‎ ‎1.在等差数列{an}中,若a2=4,a4=2,则a6等于(  )‎ A.-1 B.0 C.1 D.6‎ 答案 B 解析 由等差数列的性质,得a6=2a4-a2=2×2-4=0,故选B.‎ ‎2.(教材改编)设数列{an}是等差数列,其前n项和为Sn,若a6=2且S5=30,则S8等于(  )‎ A.31 B.32‎ C.33 D.34‎ 答案 B 解析 由已知可得解得 ‎∴S8=8a1+d=32.‎ ‎3.(2016·全国乙卷)已知等差数列{an}前9项的和为27,a10=8,则a100等于(  )‎ A.100 B.99 C.98 D.97‎ 答案 C 解析 由等差数列性质,知S9===9a5=27,得a5=3,而a10=8,因此公差d==1,‎ ‎∴a100=a10+90d=98,故选C.‎ ‎4.设数列{an}是等差数列,若a3+a4+a5=12,则a1+a2+…+a7等于(  )‎ A.14 B.21 C.28 D.35‎ 答案 C 解析 ∵a3+a4+a5=3a4=12,∴a4=4,‎ ‎∴a1+a2+…+a7=7a4=28.‎ ‎5.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.‎ 答案 8‎ 解析 因为数列{an}是等差数列,且a7+a8+a9=3a8>0,所以a8>0.又a7+a10=a8+a9<0,所以a9<0.故当n=8时,其前n项和最大.‎ ‎                   ‎ 题型一 等差数列基本量的运算 例1 (1)在数列{an}中,若a1=-2,且对任意的n∈N*有2an+1=1+2an,则数列{an}前10项的和为(  )‎ A.2 B.10 C. D. ‎(2)(2016·北京)已知{an}为等差数列,Sn为其前n项和.若a1=6,a3+a5=0,则S6=________.‎ 答案 (1)C (2)6‎ 解析 (1)由2an+1=1+2an得an+1-an=,‎ 所以数列{an}是首项为-2,公差为的等差数列,‎ 所以S10=10×(-2)+×=.‎ ‎(2)∵a3+a5=2a4=0,∴a4=0.‎ 又a1=6,∴a4=a1+3d=0,∴d=-2.‎ ‎∴S6=6×6+×(-2)=6.‎ 思维升华 等差数列运算问题的通性通法 ‎(1)等差数列运算问题的一般求法是设出首项a1和公差d,然后由通项公式或前n项和公式转化为方程(组)求解.(2)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解决问题.‎ ‎ (1)设Sn是等差数列{an}的前n项和,已知a2=3,a6=11,则S7等于(  )‎ A.13 B.35‎ C.49 D.63‎ ‎(2)(2016·江苏)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________.‎ 答案 (1)C (2)20‎ 解析 (1)∵a1+a7=a2+a6=3+11=14,‎ ‎∴S7==49.‎ ‎(2)设等差数列{an}的公差为d,由题意可得 解得 则a9=a1+8d=-4+8×3=20.‎ 题型二 等差数列的判定与证明 例2 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}中的最大项和最小项,并说明理由.‎ ‎(1)证明 因为an=2-(n≥2,n∈N*),‎ bn=(n∈N*),‎ 所以bn+1-bn=- ‎=-=-=1.‎ 又b1==-.‎ 所以数列{bn}是以-为首项,1为公差的等差数列.‎ ‎(2)解 由(1)知bn=n-,‎ 则an=1+=1+.‎ 设f(x)=1+,‎ 则f(x)在区间(-∞,)和(,+∞)上为减函数.‎ 所以当n=3时,an取得最小值-1,当n=4时,an取得最大值3.‎ 引申探究 本例中,若将条件变为a1=,nan+1=(n+1)an+n(n+1),试求数列{an}的通项公式.‎ 解 由已知可得=+1,‎ 即-=1,又a1=,‎ ‎∴是以=为首项,1为公差的等差数列,‎ ‎∴=+(n-1)·1=n-,‎ ‎∴an=n2-n.‎ 思维升华 等差数列的四个判定方法 ‎(1)定义法:证明对任意正整数n都有an+1-an等于同一个常数.‎ ‎(2)等差中项法:证明对任意正整数n都有2an+1=an+an+2后,可递推得出an+2-an+1=an+1-an=an-an-1=an-1-an-2=…=a2-a1,根据定义得出数列{an}为等差数列.‎ ‎(3)通项公式法:得出an=pn+q后,得an+1-an=p对任意正整数n恒成立,根据定义判定数列{an}为等差数列.‎ ‎(4)前n项和公式法:得出Sn=An2+Bn后,根据Sn,an的关系,得出an,再使用定义法证明数列{an}为等差数列.‎ ‎ (1)在数列{an}中,若a1=1,a2=,=+(n∈N*),则该数列的通项为(  )‎ A.an= B.an= C.an= D.an= 答案 A 解析 由已知式=+可得 -=-,知{}是首项为=1,公差为-=2-1=1的等差数列,所以=n,即an=.‎ ‎(2)数列{an}满足a1=1,a2=2,an+2=2an+1-an+2.‎ ‎①设bn=an+1-an,证明{bn}是等差数列;‎ ‎②求{an}的通项公式.‎ ‎①证明 由an+2=2an+1-an+2,‎ 得an+2-an+1=an+1-an+2,‎ 即bn+1=bn+2.‎ 又b1=a2-a1=1,‎ 所以{bn}是首项为1,公差为2的等差数列.‎ ‎②解 由①得bn=1+2(n-1)=2n-1,‎ 即an+1-an=2n-1.‎ 于是 (ak+1-ak)= (2k-1),‎ 所以an+1-a1=n2,即an+1=n2+a1.‎ 又a1=1,所以{an}的通项公式为an=n2-2n+2.‎ 题型三 等差数列性质的应用 命题点1 等差数列项的性质 例3 (1)(2015·广东)在等差数列{an}中,若a3+a4+a5+a6+a7=25,则a2+a8=________.‎ ‎(2)已知{an},{bn}都是等差数列,若a1+b10=9,a3+b8=15,则a5+b6=________.‎ 答案 (1)10 (2)21‎ 解析 (1)因为{an}是等差数列,所以a3+a7=a4+a6=a2+a8=2a5,a3+a4+a5+a6+a7=5a5=25,所以a5=5,故a2+a8=2a5=10.‎ ‎(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.‎ 命题点2 等差数列前n项和的性质 例4 (1)设等差数列{an}的前n项和为Sn,且S3=-12,S9=45,则S12=________.‎ ‎(2)在等差数列{an}中,a1=-2 018,其前n项和为Sn,若-=2,则S2 018的值等于(  )‎ A.-2 018 B.-2 016‎ C.-2 019 D.-2 017‎ 答案 (1)114 (2)A 解析 (1)因为{an}是等差数列,所以S3,S6-S3,S9-S6,S12-S9成等差数列,所以2(S6-S3)=S3+(S9-S6),即2(S6+12)=-12+(45-S6),解得S6=3.‎ 又2(S9-S6)=(S6-S3)+(S12-S9),‎ 即2×(45-3)=(3+12)+(S12-45),解得S12=114.‎ ‎(2)由题意知,数列{}为等差数列,其公差为1,‎ ‎∴=+(2 018-1)×1‎ ‎=-2 018+2 017=-1.‎ ‎∴S2 018=-2 018.‎ 思维升华 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.‎ ‎ (1)在等差数列{an}中,已知a4+a8=16,则该数列前11项和S11等于(  )‎ A.58 B.88 C.143 D.176‎ ‎(2)等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,若=,则等于(  )‎ A. B. C. D. 答案 (1)B (2)A 解析 (1)S11== ‎==88.‎ ‎(2)==== ‎==.‎ ‎6.等差数列的前n项和及其最值 考点分析 公差不为0的等差数列,求其前n项和与最值在高考中时常出现.题型有小题,也有大题,难度不大.‎ 典例1 (1)在等差数列{an}中,2(a1+a3+a5)+3(a7+a9)=54,则此数列前10项的和S10等于(  )‎ A.45 B.60‎ C.75 D.90‎ ‎(2)在等差数列{an}中,S10=100,S100=10,则S110=________.‎ 解析 (1)由题意得a3+a8=9,‎ 所以S10====45.‎ ‎(2)方法一 设数列{an}的首项为a1,公差为d,‎ 则解得 所以S110=110a1+d=-110.‎ 方法二 因为S100-S10==-90,‎ 所以a11+a100=-2,‎ 所以S110= ‎==-110.‎ 答案 (1)A (2)-110‎ 典例2 在等差数列{an}中,已知a1=20,前n项和为Sn,且S10=S15,求当n取何值时,Sn取得最大值,并求出它的最大值.‎ 规范解答 解 ∵a1=20,S10=S15,‎ ‎∴10×20+d=15×20+d,‎ ‎∴d=-.‎ 方法一 由an=20+(n-1)×=-n+,‎ 得a13=0.‎ 即当n≤12时,an>0,当n≥14时,an<0.‎ ‎∴当n=12或n=13时,Sn取得最大值,‎ 且最大值为S12=S13=12×20+× ‎=130.‎ 方法二 Sn=20n+· ‎=-n2+n ‎=-2+.‎ ‎∵n∈N*,∴当n=12或n=13时,Sn有最大值,且最大值为S12=S13=130.‎ 方法三 由S10=S15,得a11+a12+a13+a14+a15=0.‎ ‎∴5a13=0,即a13=0.‎ ‎∴当n=12或n=13时,Sn有最大值,且最大值为S12=S13=130.‎ ‎1.(2016·重庆一诊)在数列{an}中,an+1-an=2,a2=5,则{an}的前4项和为(  )‎ A.9 B.22‎ C.24 D.32‎ 答案 C 解析 由an+1-an=2,知{an}为等差数列且公差d=2,∴由a2=5,得a1=3,a3=7,a4=9,∴前4项和为3+5+7+9=24,故选C.‎ ‎2.《九章算术》是我国古代的数学名著,书中有如下问题:“今有五人分五钱,令上二人所得与下三人等.问各得几何?”其意思为:“已知甲、乙、丙、丁、戊五人分5钱,甲、乙两人所得与丙、丁、戊三人所得相同,且甲、乙、丙、丁、戊所得依次成等差数列.问五人各得多少钱?”(“钱”是古代的一种重量单位)这个问题中,甲所得为(  )‎ A.钱 B.钱 C.钱 D.钱 答案 D 解析 设等差数列{an}的首项为a1,公差为d,‎ 依题意有故选D.‎ ‎3.(2017·佛山调研)已知等差数列{an}满足a2=3,Sn-Sn-3=51(n>3),Sn=100,则n的值为(  )‎ A.8 B.9‎ C.10 D.11‎ 答案 C 解析 由Sn-Sn-3=51,得an-2+an-1+an=51,‎ 所以an-1=17,又a2=3,‎ Sn==100,解得n=10.‎ ‎4.在等差数列{an}中,a9=a12+6,则数列{an}的前11项和S11等于(  )‎ A.24 B.48‎ C.66 D.132‎ 答案 D 解析 方法一 由a1+8d=(a1+11d)+6,‎ 得a1+5d=12,∴a1=12-5d.‎ 又S11=11a1+d=11a1+55d ‎=11(12-5d)+55d=132.‎ 方法二 由a9=a12+6,得2a9-a12=12.‎ 由等差数列的性质得,a6+a12-a12=12,a6=12,S11===132,故选D.‎ ‎5.已知数列{an}满足an+1=an-,且a1=5,设{an}的前n项和为Sn,则使得Sn取得最大值的序号n的值为(  )‎ A.7 B.8‎ C.7或8 D.8或9‎ 答案 C 解析 由题意可知数列{an}是首项为5,公差为-的等差数列,所以an=5-(n-1)=,该数列前7项是正数项,第8项是0,从第9项开始是负数项,所以Sn取得最大值时,n=7或n=8,故选C.‎ ‎*6.设等差数列{an}满足a1=1,an>0(n∈N*),其前n项和为Sn,若数列{}也为等差数列,则的最大值是(  )‎ A.310 B.212‎ C.180 D.121‎ 答案 D 解析 设数列{an}的公差为d,‎ 依题意得2=+,‎ 因为a1=1,所以2=+,‎ 化简可得d=2a1=2,‎ 所以an=1+(n-1)×2=2n-1,‎ Sn=n+×2=n2,‎ 所以==()2‎ ‎=2‎ ‎=2≤121,‎ 故选D.‎ ‎7.(2015·安徽)已知数列{an}中,a1=1,an=an-1+(n≥2),则数列{an}的前9项和等于________.‎ 答案 27‎ 解析 由题意知数列{an}是以1为首项,以为公差的等差数列,∴S9=9×1+×=9+18=27.‎ ‎8.已知数列{an}中,a1=1且=+(n∈N*),则a10=________.‎ 答案  解析 由已知得=+(10-1)×=1+3=4,‎ 故a10=.‎ ‎9.设数列{an}的通项公式为an=2n-10(n∈N*),则|a1|+|a2|+…+|a15|=________.‎ 答案 130‎ 解析 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,∴当n≤5时,an≤0,当n>5时,an>0,∴|a1|+|a2|+…+|a15|=-(a1+a2+a3+a4)+(a5+a6+…+a15)=20+110=130.‎ ‎10.设等差数列{an},{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,若对任意自然数n都有=,则+的值为________.‎ 答案  解析 ∵{an},{bn}为等差数列,‎ ‎∴+=+==.‎ ‎∵====,‎ ‎∴+=.‎ ‎11.在等差数列{an}中,a1=1,a3=-3.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式;‎ ‎(2)若数列{an}的前k项和Sk=-35,求k的值.‎ 解 (1)设等差数列{an}的公差为d,‎ 则an=a1+(n-1)d.‎ 由a1=1,a3=-3,可得1+2d=-3,解得d=-2.‎ 从而an=1+(n-1)×(-2)=3-2n.‎ ‎(2)由(1)可知an=3-2n,‎ 所以Sn==2n-n2.‎ 由Sk=-35,可得2k-k2=-35,‎ 即k2-2k-35=0,解得k=7或k=-5.‎ 又k∈N*,故k=7.‎ ‎12.若数列{an}的前n项和为Sn,且满足an+2SnSn-1=0(n≥2),a1=.‎ ‎(1)求证:数列是等差数列;‎ ‎(2)求数列{an}的通项公式.‎ ‎(1)证明 当n≥2时,由an+2SnSn-1=0,‎ 得Sn-Sn-1=-2SnSn-1,所以-=2,‎ 又==2,‎ 故是首项为2,公差为2的等差数列.‎ ‎(2)解 由(1)可得=2n,∴Sn=.‎ 当n≥2时,‎ an=Sn-Sn-1=-= ‎=-.‎ 当n=1时,a1=不适合上式.‎ 故an= ‎*13.已知数列{an}的各项均为正数,前n项和为Sn,且满足2Sn=a+n-4(n∈N*).‎ ‎(1)求证:数列{an}为等差数列;‎ ‎(2)求数列{an}的通项公式.‎ ‎(1)证明 当n=1时,有2a1=a+1-4,‎ 即a-2a1-3=0,‎ 解得a1=3(a1=-1舍去).‎ 当n≥2时,有2Sn-1=a+n-5,‎ 又2Sn=a+n-4,‎ 两式相减得2an=a-a+1,‎ 即a-2an+1=a,也即(an-1)2=a,‎ 因此an-1=an-1或an-1=-an-1.‎ 若an-1=-an-1,则an+an-1=1.‎ 而a1=3,‎ 所以a2=-2,这与数列{an}的各项均为正数相矛盾,‎ 所以an-1=an-1,即an-an-1=1,‎ 因此数列{an}是首项为3,公差为1的等差数列.‎ ‎(2)解 由(1)知a1=3,d=1,‎ 所以数列{an}的通项公式an=3+(n-1)×1=n+2,‎ 即an=n+2.‎