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1、第3課 數(shù)列的求和
【考點(diǎn)導(dǎo)讀】
對(duì)于一般數(shù)列求和是很困難的,在推導(dǎo)等差、等比數(shù)列的和時(shí)出現(xiàn)了一些方法可以遷移到一般數(shù)列的求和上,掌握數(shù)列求和的常見(jiàn)方法有:
(1)公式法:⑴ 等差數(shù)列的求和公式,⑵ 等比數(shù)列的求和公式
(2)分組求和法:在直接運(yùn)用公式求和有困難時(shí)常,將“和式”中的“同類(lèi)項(xiàng)”先合并在一起,再運(yùn)用公式法求和(如:通項(xiàng)中含因式,周期數(shù)列等等)
(3)倒序相加法:如果一個(gè)數(shù)列{a},與首末兩項(xiàng)等距的兩項(xiàng)之和等于首末兩項(xiàng)之和,則可用把正著寫(xiě)和與倒著寫(xiě)和的兩個(gè)和式相加,就得到了一個(gè)常數(shù)列的和,這一求和方法稱(chēng)為倒序相加法。特征:an+a1=an-1+a2
(4)錯(cuò)項(xiàng)相減法:如
2、果一個(gè)數(shù)列的各項(xiàng)是由一個(gè)等差數(shù)列與一個(gè)等比數(shù)列的對(duì)應(yīng)項(xiàng)相乘所組成,此時(shí)求和可采用錯(cuò)位相減法。
(5)裂項(xiàng)相消法:把一個(gè)數(shù)列的各項(xiàng)拆成兩項(xiàng)之差,在求和時(shí)一些正負(fù)項(xiàng)相互抵消,于是前n項(xiàng)之和變成首尾若干少數(shù)項(xiàng)之和。
【基礎(chǔ)練習(xí)】
1.已知公差不為0的正項(xiàng)等差數(shù)列{an}中,Sn為前n項(xiàng)之和,lga1、lga2、lga4成等差數(shù)列,若a5=10,
則S5 = 30 。
2.設(shè),則等于。
3.已知數(shù)列{an}是等差數(shù)列,首項(xiàng)a1<0,a2020+a2020<0,a2020·a2020<0,則使前n項(xiàng)之和
Sn<0成立的最大自然數(shù)n是 4010 。
4.已知數(shù)列{an}是等差數(shù)列
3、,且a2=8,a8=26,從{an}中依次取出第3項(xiàng),第9項(xiàng),第27項(xiàng)…,第3n項(xiàng),按原來(lái)的順序構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)列{bn}, 則bn=__3n+1+2___
5. 若數(shù)列滿(mǎn)足:,2,3….則.
【范例導(dǎo)析】
例1.已知等比數(shù)列分別是某等差數(shù)列的第5項(xiàng)、第3項(xiàng)、第2項(xiàng),且
(Ⅰ)求; (Ⅱ)設(shè),求數(shù)列
解:(I)依題意
(II)
點(diǎn)評(píng):本題考查了等比數(shù)列的基本性質(zhì)和等差數(shù)列的求和,本題還考查了轉(zhuǎn)化的思想。
例2.?dāng)?shù)列前項(xiàng)之和滿(mǎn)足:
(1) 求證:數(shù)列是等比數(shù)列;
(2) 若數(shù)列的公比為,數(shù)列滿(mǎn)足:
4、,求數(shù)列的通項(xiàng)公式;
(3) 定義數(shù)列為,,求數(shù)列的前項(xiàng)之和。
解:(1)由得:
兩式相減得: 即,
∴數(shù)列是等比數(shù)列。
(2),則有 ∴。
(3),
∴
點(diǎn)評(píng):本題考查了與之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題,考查了基本等差數(shù)列的定義,還有裂項(xiàng)相消法求和問(wèn)題。
例3.已知數(shù)列滿(mǎn)足,.
(Ⅰ)求數(shù)列的通項(xiàng)公式; (Ⅱ)設(shè),求數(shù)列的前項(xiàng)和;
(Ⅲ)設(shè),數(shù)列的前項(xiàng)和為.求證:對(duì)任意的,.
分析:本題所給的遞推關(guān)系式是要分別“取倒”再轉(zhuǎn)化成等比型的數(shù)列,對(duì)數(shù)列中不等式的證明通常是放縮通項(xiàng)以利于求和。
解:(Ⅰ),,
又,數(shù)列是首項(xiàng)為,公比為的等比數(shù)列.
5、, 即.
(Ⅱ).
.
(Ⅲ), .
當(dāng)時(shí),則
.
, 對(duì)任意的,.
點(diǎn)評(píng):本題利用轉(zhuǎn)化思想將遞推關(guān)系式轉(zhuǎn)化成我們熟悉的結(jié)構(gòu)求得數(shù)列的通項(xiàng),第二問(wèn)分組求和法是非常常見(jiàn)的方法,第三問(wèn)不等式的證明要用到放縮的辦法,放縮的目的是利于求和,所以通常會(huì)放成等差、等比數(shù)列求和,或者放縮之后可以裂項(xiàng)相消求和。
備用題.已知數(shù)列,點(diǎn)(an,an+1)在函數(shù)f(x)=x2+2x的圖象上,其中=1,2,3,…
(1) 證明數(shù)列{lg(1+an)}是等比數(shù)列;設(shè)Tn=(1+a1) (1+a2)
6、 …(1+an),求Tn及數(shù)列{an}的通項(xiàng);
(2) 記bn=,求{bn}數(shù)列的前項(xiàng)和Sn,并證明Sn+=1.
解:(Ⅰ)由已知, ; ,
兩邊取對(duì)數(shù)得:,即;
是公比為2的等比數(shù)列.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知 (*)
=;
由(*)式得
(Ⅲ)
又 ; ; ; 又 .
【反饋演練】
1.已知數(shù)列的通項(xiàng)公式,其前項(xiàng)和為,則數(shù)列的前10項(xiàng)的和為 75 。
2.已知數(shù)列的通項(xiàng)公式,則它的前項(xiàng)和為。
3.已知數(shù)列的通項(xiàng)公式,其前項(xiàng)和為,則 377 。
4.已知數(shù)列中,則數(shù)列的前項(xiàng)和為。
5.?dāng)?shù)列的前項(xiàng)和為。
6.已知數(shù)
7、列的前項(xiàng)和為,且,則數(shù)列的通項(xiàng)公式為。
7.已知數(shù)列中,且有,則數(shù)列的通項(xiàng)公式為
,前項(xiàng)和為。
8.對(duì)正整數(shù)n,設(shè)曲線(xiàn)在x=2處的切線(xiàn)與y軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為,則數(shù)列的前n項(xiàng)和的公式是
解:,曲線(xiàn)在x=2處的切線(xiàn)的斜率為
切點(diǎn)為, 所以切線(xiàn)方程為, 令x=0得:,
設(shè),則數(shù)列的前n項(xiàng)和為:
9.?dāng)?shù)列{an}滿(mǎn)足a1=2,對(duì)于任意的n∈N*都有an>0, 且(n+1)an2+an·an+1-nan+12=0,
又知數(shù)列{bn}的通項(xiàng)為bn=2n-1+1.
(1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)an及它的前n項(xiàng)和Sn;
(2)求數(shù)列{bn}的前n項(xiàng)和Tn;
解:(1)可解得,從而an
8、=2n,有Sn=n2+n,
(2)Tn=2n+n-1.
10.?dāng)?shù)列{an}中,a1=8,a4=2且滿(mǎn)足an+2=2an+1-an,(n∈N*).
(1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(2)設(shè)Sn=|a1|+|a2|+…+|an|,求Sn;
(3)設(shè)bn=(n∈N*),Tn=b1+b2+……+bn(n∈N*),是否存在最大的整數(shù)m,使得對(duì)任意n∈N*均有Tn>成立?若存在,求出m的值;若不存在,說(shuō)明理由.
解:(1)由an+2=2an+1-anan+2-an+1=an+1-an可知{an}成等差數(shù)列,
d==-2,∴an=10-2n.
(2)由an=10-2n≥0可得n≤5,當(dāng)n
9、≤5時(shí),Sn=-n2+9n,當(dāng)n>5時(shí),Sn=n2-9n+40,
故Sn=
(3)bn=
;要使Tn>總成立,需<T1=成立,即m<8且m∈Z,故適合條件的m的最大值為7.
11.設(shè)數(shù)列{an}的首項(xiàng)a1=1,前n項(xiàng)和Sn滿(mǎn)足關(guān)系式:3tSn-(2t+3)Sn-1=3t(t>0,n=2,3,4…).
(1)求證:數(shù)列{an}是等比數(shù)列;
(2)設(shè)數(shù)列{an}的公比為f(t),作數(shù)列{bn},使b1=1,bn=f()(n=2,3,4…),求數(shù)列{bn}的通項(xiàng)bn;
(3)求和:b1b2-b2b3+b3b4-…+b2n-1b2n-b2nb2n+1.
解:(1)由S1=a1=1,S2
10、=1+a2,得3t(1+a2)-(2t+3)=3t. ∴a2=.
又3tSn-(2t+3)Sn-1=3t, ①
3tSn-1-(2t+3)Sn-2=3t ②
①-②得3tan-(2t+3)an-1=0.
∴,n=2,3,4…, 所以{an}是一個(gè)首項(xiàng)為1公比為的等比數(shù)列;
(2)由f(t)= =,得bn=f()=+bn-1.
可見(jiàn){bn}是一個(gè)首項(xiàng)為1,公差為的等差數(shù)列. 于是bn=1+(n-1)=;
(3)由bn=,可知{b2n-1}和{b2n}是首項(xiàng)分別為1和,公差均為的等差數(shù)列,于是b2n=,
∴b1b2-b
11、2b3+b3b4-b4b5+…+b2n-1b2n-b2nb2n+1
=b2(b1-b3)+b4(b3-b5)+…+b2n(b2n-1-b2n+1)
=- (b2+b4+…+b2n)=-·n(+)=- (2n2+3n)
12.已知為銳角,且,函數(shù),
數(shù)列{an}的首項(xiàng).
⑴ 求函數(shù)的表達(dá)式; ⑵ 求證:;
⑶ 求證:
分析:本題是借助函數(shù)給出遞推關(guān)系,第(2)問(wèn)的不等式利用了函數(shù)的性質(zhì),第(3)問(wèn)是轉(zhuǎn)化成可以裂項(xiàng)的形式,這是證明數(shù)列中的不等式的另一種出路。
解:⑴ 又∵為銳角
∴ ∴
⑵ ∵ ∴都大于0
∴ ∴
⑶ ∴
∴
∵, , 又∵
∴ ∴
∴
點(diǎn)評(píng):把復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成清晰的問(wèn)題是數(shù)學(xué)中的重要思想,本題中的第(3)問(wèn)不等式的證明更具有一般性。