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1、
第四節(jié) 數(shù) 列 求 和
考點一
公式法求和
[例1] (2013·浙江高考)在公差為d的等差數(shù)列{an}中,已知a1=10,且a1,2a2+2,5a3成等比數(shù)列.
(1)求d,an;
(2)若d<0,求|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|.
[自主解答] (1)由題意得5a3·a1=(2a2+2)2,即d2-3d-4=0.故d=-1或d=4.
所以an=-n+11,n∈N*或an=4n+6,n∈N*.
(2)設(shè)數(shù)列{an}的前n項和為Sn.
因為d<0,由(1)得d=-1,an=-n+11.則
當n≤11時,|a1|+|a2|+|a
2、3|+…+|an|=Sn=-n2+n.
當n≥12時,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=-Sn+2S11=n2-n+110.
綜上所述,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=
【方法規(guī)律】
三類可以使用公式求和的數(shù)列
(1)等差數(shù)列、等比數(shù)列以及由等差數(shù)列、等比數(shù)列通過加、減構(gòu)成的數(shù)列,它們可以使用等差數(shù)列、等比數(shù)列的求和公式求解.
(2)奇數(shù)項和偶數(shù)項分別構(gòu)成等差數(shù)列或者等比數(shù)列的,可以分項數(shù)為奇數(shù)和偶數(shù)時使用等差數(shù)列或等比數(shù)列的求和公式求解.
(3)等差數(shù)列各項加上絕對值,等差數(shù)列的通項公式乘以(-1)n
已知數(shù)列{an}的通項公式是an=2·3n-
3、1+(-1)n(ln 2-ln 3)+(-1)nnln 3,求其前n項和Sn.
解:Sn=2(1+3+…+3n-1)+[-1+1-1+…+(-1)n]·(ln 2-ln 3)+[-1+2-3+…+(-1)nn]ln 3,
所以當n為偶數(shù)時,Sn=2×+ln 3=3n+ln 3-1;
當n為奇數(shù)時,Sn=2×-(ln 2-ln 3)+ln 3=3n-ln 3-ln 2-1.
綜上所述,Sn=
考點二
錯位相減法求和
[例2] 已知{an}是等差數(shù)列,其前n項和為Sn,{bn}是等比數(shù)列,且a1=b1=2,a4+b4=27,S4-b4=10.
(1)求數(shù)列{an}與{bn}
4、的通項公式;
(2)記Tn=a1b1+a2b2+…+anbn,n∈N*,證明Tn-8=an-1bn+1(n∈N*,n≥2).
[自主解答] (1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,等比數(shù)列{bn}的公比為q.由a1=b1=2,得a4=2+3d,b4=2q3,S4=8+6d.
由條件,得方程組解得
所以an=3n-1,bn=2n,n∈N*.
(2)證明:由(1),得
Tn=2×2+5×22+8×23+…+(3n-1)×2n,①
2Tn=2×22+5×23+…+(3n-4)×2n+(3n-1)×2n+1.②
由①-②,得
-Tn=2×2+3×22+3×23+…+3×2n-(3n-1)
5、×2n+1=-(3n-1)×2n+1-2=-(3n-4)×2n+1-8,即Tn-8=(3n-4)×2n+1.
而當n≥2時,an-1bn+1=(3n-4)×2n+1,所以Tn-8=an-1bn+1,n∈N*,n≥2.
【互動探究】
在本例(2)中,若Tn=anb1+an-1b2+…+a1bn,n∈N*,求證:Tn+12=-2an+10bn(n∈N*).
證明:由(1),得
Tn=2an+22an-1+23an-2+…+2na1,①
2Tn=22an+23an-1+…+2na2+2n+1a1.②
②-①,得Tn=-2(3n-1)+3×22+3×23+…+3×2n+2n+2
=+2
6、n+2-6n+2=10×2n-6n-10.
而-2an+10bn-12=-2(3n-1)+10×2n-12=10×2n-6n-10,故Tn+12=-2an+10bn,n∈N*.
【方法規(guī)律】
用錯位相減法求和應(yīng)注意的問題
(1)要善于識別題目類型,特別是等比數(shù)列公比為負數(shù)的情形;
(2)在寫出“Sn”與“qSn”的表達式時應(yīng)特別注意將兩式“錯項對齊”以便下一步準確寫出“Sn-qSn”的表達式;
(3)在應(yīng)用錯位相減法求和時,若等比數(shù)列的公比為參數(shù),應(yīng)分公比等于1和不等于1兩種情況求解.
已知函數(shù)f(x)=x2+bx為偶函數(shù),數(shù)列{an}滿足an+1=2f(an-1
7、)+1,且a1=3,an>1.
(1)設(shè)bn=log2(an-1),求證:數(shù)列{bn+1}為等比數(shù)列;
(2)設(shè)cn=nbn,求數(shù)列{cn}的前n項和Sn.
解:(1)證明:∵函數(shù)f(x)=x2+bx為偶函數(shù),∴b=0,∴f(x)=x2,
∴an+1=2f(an-1)+1=2(an-1)2+1,∴an+1-1=2(an-1)2.
又a1=3,an>1,bn=log2(an-1),∴b1=log2(a1-1)=1,
∴====2,
∴數(shù)列{bn+1}是首項為2,公比為2的等比數(shù)列.
(2)由(1),得bn+1=2n,∴bn=2n-1,∴cn=nbn=n2n-n,
設(shè)An=1×2
8、+2×22+3×23+…+n×2n,
則2An=1×22+2×23+3×24+…+n×2n+1,
∴-An=2+22+23+…+2n-n×2n+1=-n×2n+1=2n+1-n×2n+1-2,
∴An=(n-1)2n+1+2.設(shè)Bn=1+2+3+4+…+n,則Bn=,
∴Sn=An-Bn=(n-1)2n+1+2-.
高頻考點
考點三 裂項相消法求和
1.裂項相消法求和是每年高考的熱點,題型多為解答題,難度適中,屬中檔題.
2.高考對裂項相消法的考查常有以下兩個命題角度:
(1)直接考查裂項相消法求和;
(2)與不等式相結(jié)合考查裂項相消法求和.
[
9、例3] (2013·廣東高考)設(shè)數(shù)列{an}的前n項和為Sn.已知a1=1,=an+1-n2-n-,n∈N*.
(1)求a2的值;
(2)求數(shù)列{an}的通項公式;
(3)證明:對一切正整數(shù)n,有++…+<.
[自主解答] (1)依題意,2S1=a2--1-,又S1=a1=1,所以a2=4.
(2)當n≥2時,2Sn=nan+1-n3-n2-n,2Sn-1=(n-1)an-(n-1)3-(n-1)2-(n-1),
兩式相減,得2an=nan+1-(n-1)an-(3n2-3n+1)-(2n-1)-,
整理得(n+1)an=nan+1-n(n+1),即-=1,
又-=1,故數(shù)列是
10、首項為1,公差為1的等差數(shù)列,
所以=1+(n-1)×1=n,所以an=n2.
(3)證明:當n=1時,=1<;
當n=2時, +=1+=<;
當n≥3時,=<=-,
此時++…+=1++++…+
<1++++…+=1++-=-<.
綜上,對一切正整數(shù)n,有++…+<.
裂項相消法求和問題的常見類型及解題策略
(1)直接考查裂項相消法求和.解決此類問題常用的裂項有: =-;=;=-.
(2)與不等式相結(jié)合考查裂項相消法求和.解決此類問題應(yīng)分兩步:第一步,求和;第二步,利用作差法、放縮法、單調(diào)性等證明不等式.
1.正項數(shù)列{an}滿足:a-(2n-1)an-2n=0
11、.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式an;
(2)令bn=,求數(shù)列{bn}的前n項和Tn.
解:(1)由a-(2n-1)an-2n=0,得(an-2n)(an+1)=0.
由于{an}是正項數(shù)列,所以an=2n.
(2)已知an=2n,bn=,則bn==.
Tn===.
2.設(shè)數(shù)列{an}滿足a1+2a2+22a3+…+2n-1an=,n∈N*.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式;
(2)設(shè)bn=,cn=,記Sn=c1+c2+…+cn,證明:Sn<1.
解:(1)由題意a1+2a2+22a3+…+2n-2an-1+2n-1an=,n∈N*,當n≥2時,a1+2a2+22a3+…
12、+2n-2an-1=.兩式相減,得2n-1an=-=.
所以,當n≥2時,an=.當n=1時,a1=也滿足上式,所求通項公式an=(n∈N*).
(2)證明:bn===,cn==-,
Sn=c1+c2+…+cn=+++…+=1-<1.
——————————[課堂歸納——通法領(lǐng)悟]————————————————
2種思路——解決非等差、等比數(shù)列求和問題的兩種思路
(1)轉(zhuǎn)化的思想,即將一般數(shù)列設(shè)法轉(zhuǎn)化為等差或等比數(shù)列,這一思想方法往往通過通項分解或錯位相減來完成.
(2)不能轉(zhuǎn)化為等差或等比數(shù)列的,往往通過裂項相消法、倒序相加法等來求和.
3個注意點——應(yīng)用“裂項相消法”和“錯位相減法”應(yīng)注 意的問題
(1)裂項相消法,分裂通項是否恰好等于相應(yīng)的兩項之差.
(2)在正負項抵消后,是否只剩下第一項和最后一項,或有時前面剩下兩項,后面也剩下兩項,未消去的項有前后對稱的特點.
(3)在應(yīng)用錯位相減法求和時,若等比數(shù)列的公比含有參數(shù),應(yīng)分q=1和q≠1兩種情況求解.