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(名師導(dǎo)學(xué))2020版高考數(shù)學(xué)總復(fù)習(xí) 第六章 數(shù)列 第37講 數(shù)列的綜合應(yīng)用練習(xí) 理(含解析)新人教A版

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1、第37講 數(shù)列的綜合應(yīng)用 夯實(shí)基礎(chǔ) 【p78】 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.會利用數(shù)列的函數(shù)性質(zhì)解與方程、不等式、解析幾何相結(jié)合的數(shù)列綜合題. 2.掌握相關(guān)的數(shù)列模型以及建立模型解決實(shí)際問題的方法. 【基礎(chǔ)檢測】 1.執(zhí)行如圖所示的程序框圖,如果輸入n=3,則輸出的S=(  )                     A. B. C. D. 【解析】第一次循環(huán)后S==,i=2;第二次循環(huán)后S=+=×=,i=3;第三次循環(huán)后S=++=×=,此時i=4>3,退出循環(huán),輸出結(jié)果S=. 【答案】B 2.我國古代數(shù)學(xué)著作《九章算術(shù)》由如下問題:“今有金箠,長五尺,斬本一尺,重四

2、斤.?dāng)啬┮怀?,重二斤.問次一尺各重幾何?”意思是:“現(xiàn)有一根金杖,長5尺,一頭粗,一頭細(xì),在粗的一端截下1尺,重4斤;在細(xì)的一端截下1尺,重2斤;問依次每一尺各重多少斤?”設(shè)該金杖由粗到細(xì)是均勻變化的,其重量為M,現(xiàn)將該金杖截成長度相等的10段,記第i段的重量為ai(i=1,2,…,10),且a1

3、i=6, 【答案】A 3.小李年初向銀行貸款M萬元用于購房,購房貸款的年利率為p,按復(fù)利計(jì)算,并從借款后次年年初開始?xì)w還,分10次等額還清,每年1次,問每年應(yīng)還(  )萬元.(  ) A.B. C.D. 【解析】設(shè)每年應(yīng)還x萬元,則x+x+x+…+x=M,=M,得x=. 【答案】B 4.設(shè)y=f是一次函數(shù),若f=1,且f,f,f成等比數(shù)列,則f+f+…+f=________. 【解析】由題意可設(shè)f=kx+1, 則=,解得k=2, f+f+…+f=++…+=2n2+3n. 【答案】2n2+3n 【知識要點(diǎn)】 1.?dāng)?shù)列綜合問題中應(yīng)用的數(shù)學(xué)思想 (1)用函數(shù)的觀點(diǎn)與思想認(rèn)

4、識數(shù)列,將數(shù)列的通項(xiàng)公式和求和公式視為定義在正整數(shù)集或其有限子集{1,2,…,n}上的函數(shù). (2)用方程的思想處理數(shù)列問題,將問題轉(zhuǎn)化為數(shù)列基本量的方程. (3)用轉(zhuǎn)化化歸的思想探究數(shù)列問題,將問題轉(zhuǎn)化為等差、等比數(shù)列來研究. (4)數(shù)列綜合問題常常應(yīng)用分類討論思想、特殊與一般思想、類比聯(lián)想思想、歸納猜想思想等. 2.解答數(shù)列應(yīng)用題的步驟 (1)審題——仔細(xì)閱讀材料,認(rèn)真理解題意. (2)建?!獙⒁阎獥l件翻譯成數(shù)學(xué)(數(shù)列)語言,將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題,弄清該數(shù)列的特征、要求是什么. (3)求解——求出該問題的數(shù)學(xué)解. (4)還原——將所求結(jié)果還原到原實(shí)際問題中. 3.?dāng)?shù)

5、列應(yīng)用題常見模型 (1)等差模型:如果增加(或減少)的量是一個固定量時,該模型是等差模型,增加(或減少)的量就是公差. (2)等比模型:如果后一個量與前一個量的比是一個固定的數(shù)時,該模型是等比模型,這個固定的數(shù)就是公比. (3)遞推數(shù)列模型:如果題目中給出的前后兩項(xiàng)之間的關(guān)系不固定,隨項(xiàng)的變化而變化時,應(yīng)考慮是an與an+1的遞推關(guān)系,還是Sn與Sn+1之間的遞推關(guān)系. 典例剖析 【p78】 考點(diǎn)1 等差、等比數(shù)列的綜合問題 已知公比不為1的等比數(shù)列{an}的首項(xiàng)a1=,前n項(xiàng)和為Sn,且a4+S4,a5+S5,a6+S6成等差數(shù)列. (1)求等比數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式; (2

6、)對n∈N*,在an與an+1之間插入3n個數(shù),使這3n+2個數(shù)成等差數(shù)列,記插入的這3n個數(shù)的和為bn,求數(shù)列{bn}的前n項(xiàng)和Tn. 【解析】(1)設(shè)等比數(shù)列{an}的公比為q, 因?yàn)閍4+S4,a5+S5,a6+S6成等差數(shù)列, 所以a5+S5-a4-S4=a6+S6-a5-S5, 即2a6-3a5+a4=0,所以2q2-3q+1=0. 因?yàn)閝≠1,所以q=, 所以等比數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式為an=. (2)由題意得bn=·3n=·, Tn=·=. 【點(diǎn)評】等差數(shù)列、等比數(shù)列綜合問題的兩大解題策略 (1)設(shè)置中間問題:分析已知條件和求解目標(biāo),為最終解決問題設(shè)置中間問題

7、,例如求和需要先求出通項(xiàng)、求通項(xiàng)需要先求出首項(xiàng)和公差(公比)等,確定解題的順序. (2)注意解題細(xì)節(jié):在等差數(shù)列與等比數(shù)列綜合問題中,如果等比數(shù)列的公比不能確定,則要看其是否有等于1的可能,在數(shù)列的通項(xiàng)問題中第一項(xiàng)和后面的項(xiàng)能否用同一個公式表示等,這些細(xì)節(jié)對解題的影響也是巨大的. 考點(diǎn)2 數(shù)列與不等式的綜合問題 已知數(shù)列中,a1=1,an+1=. (1)求數(shù)列的通項(xiàng)公式; (2)數(shù)列滿足bn=··an,數(shù)列的前n項(xiàng)和為Tn,若不等式λ

8、從而+=×3n-1an=. (2)由(1)可知bn=. Tn=1×+2×+3×+…+×+n×, =1×+2×+3×+…+×+n×, 兩式相減得 =+++…+-n×=2-, ∴Tn=4-, ∴λ<4-, 若n為偶數(shù),則λ<4-,∴λ<3; 若n為奇數(shù),則-λ<4-,∴-λ<2,∴λ>-2, ∴-2<λ<3. 考點(diǎn)3 數(shù)列與函數(shù)的綜合問題 設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,點(diǎn)(an,bn)(n∈N*)在函數(shù)f(x)=2x的圖象上. (1)若a1=-2,點(diǎn)(a8,4b7)在函數(shù)f(x)的圖象上,求數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和Sn; (2)若a1=1,函數(shù)f(x)的圖象在點(diǎn)(a2,

9、b2)處的切線在x軸上的截距為2-,求數(shù)列的前n項(xiàng)和Tn. 【解析】(1)由已知得,b7=2a7,b8=2a8=4b7, 所以2a8=4×2a7=2a7+2,解得d=a8-a7=2, 所以Sn=na1+d=-2n+n(n-1)=n2-3n. (2)函數(shù)f(x)=2x在點(diǎn)(a2,b2)處的切線方程為y-2a2=(2a2ln 2)(x-a2), 其在x軸上的截距為a2-.由題意有a2-=2-,解得a2=2. 所以d=a2-a1=1.從而an=n,bn=2n, 所以數(shù)列的通項(xiàng)公式為=, 所以Tn=+++…++, 2Tn=+++…+, 因此,2Tn-Tn=1+++…+-=2--=.

10、 所以,Tn=. 【點(diǎn)評】數(shù)列與函數(shù)的綜合的兩個方面 (1)以數(shù)列的特征量n,an,Sn等為坐標(biāo)的點(diǎn)在函數(shù)圖象上,可以得到數(shù)列的遞推關(guān)系; (2)數(shù)列的項(xiàng)或前n項(xiàng)和可以看作關(guān)于n的函數(shù),然后利用函數(shù)的性質(zhì)求解數(shù)列問題. 考點(diǎn)4 數(shù)列模型及應(yīng)用 《九章算術(shù)》是我國古代數(shù)學(xué)名著,在其中有道“竹九問題”:“今有竹九節(jié),下三節(jié)容量四升,上四節(jié)容量三升.問中間二節(jié)欲均容各多少?”意思為:今有竹九節(jié),下三節(jié)容量之和為4升,上四節(jié)容量之和為3升,且每一節(jié)容量變化均勻(即每節(jié)容量成等差數(shù)列).問每節(jié)容量各為多少?在這個問題中,中間一節(jié)的容量為(  ) A.B.C.D. 【解析】由題設(shè)則d=,

11、故由等差數(shù)列的性質(zhì)可得a5=a8-3d=. 【答案】A 某企業(yè)的資金每一年都比上一年分紅后的資金增加一倍,并且每年年底固定給股東們分紅500萬元.該企業(yè)2016年年底分紅后的資金為1 000萬元. (1)求該企業(yè)2020年年底分紅后的資金; (2)求該企業(yè)從哪一年開始年底分紅后的資金超過32 500萬元. 【解析】設(shè)an為(2016+n)年年底分紅后的資金,其中n∈N*, 則a1=2×1 000-500=1 500, a2=2×1 500-500=2 500,…,an=2an-1-500(n≥2). ∴an-500=2(an-1-500)(n≥2), 即數(shù)列{an-500}是

12、首項(xiàng)為a1-500=1 000,公比為2的等比數(shù)列. ∴an-500=1 000×2n-1, ∴an=1 000×2n-1+500. (1)a4=1 000×24-1+500=8 500, ∴該企業(yè)2020年年底分紅后的資金為8 500萬元. (2)由an>32 500,即2n-1>32,得n>6, ∴該企業(yè)從2022年開始年底分紅后的資金超過32 500萬元. 【點(diǎn)評】解數(shù)列應(yīng)用題的建模思路: 從實(shí)際出發(fā),通過抽象概括建立數(shù)學(xué)模型,通過對模型的解析,再返回實(shí)際中去,其思路框圖為: 方法總結(jié)  【p80】 1.?dāng)?shù)列模型應(yīng)用問題的求解策略 (1)認(rèn)真審題,準(zhǔn)確理解題意.

13、 (2)依據(jù)問題情境,構(gòu)造等差、等比數(shù)列,然后應(yīng)用通項(xiàng)公式、數(shù)列性質(zhì)和前n項(xiàng)和公式求解,或通過探索、歸納、構(gòu)造遞推數(shù)列求解. (3)驗(yàn)證、反思結(jié)果與實(shí)際是否相符. 2.?dāng)?shù)列綜合問題的求解程序 (1)數(shù)列與函數(shù)綜合問題或應(yīng)用函數(shù)思想解決數(shù)列問題,或以函數(shù)為載體構(gòu)造數(shù)列,應(yīng)用數(shù)列理論求解. (2)數(shù)列的幾何型綜合問題,探究幾何性質(zhì)和規(guī)律特征,建立數(shù)列的遞推關(guān)系式,然后求解問題. 走進(jìn)高考  【p80】 1.(2017·全國卷Ⅱ)我國古代數(shù)學(xué)名著《算法統(tǒng)宗》中有如下問題:“遠(yuǎn)望巍巍塔七層,紅光點(diǎn)點(diǎn)倍加增,共燈三百八十一,請問尖頭幾盞燈?”意思是:一座7層塔共掛了381盞燈,且相鄰兩層中

14、的下一層燈數(shù)是上一層燈數(shù)的2倍,則塔的頂層共有燈(  ) A.1盞B.3盞 C.5盞D.9盞 【解析】設(shè)塔的頂層共有燈x盞,則各層的燈數(shù)構(gòu)成一個首項(xiàng)為x,公比為2的等比數(shù)列,結(jié)合等比數(shù)列的求和公式有:=381,解得x=3,即塔的頂層共有燈3盞. 【答案】B 2.(2017·山東)已知{xn}是各項(xiàng)均為正數(shù)的等比數(shù)列,且x1+x2=3,x3-x2=2. (1)求數(shù)列{xn}的通項(xiàng)公式; (2)如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,依次連接點(diǎn)P1(x1, 1),P2(x2, 2),…,Pn+1(xn+1, n+1)得到折線P1P2…Pn+1,求由該折線與直線y=0,x=x1,x=xn+1所

15、圍成的區(qū)域的面積T. 【解析】(1)設(shè)數(shù)列{xn}的公比為q,由已知q>0, 因?yàn)樗詑=2,x1=1, 因此數(shù)列{xn}的通項(xiàng)公式為xn=2n-1. (2)過P1,P2,P3,…,Pn+1向x軸作垂線,垂足分別為Q1,Q2,Q3,…,Qn+1, 由(1)得xn+1-xn=2n-2n-1=2n-1. 記梯形PnPn+1Qn+1Qn的面積為bn. 由題意bn=×2n-1=(2n+1)×2n-2, 所以Tn=b1+b2+b3+…+bn =3×2-1+5×20+7×21+…+(2n-1)×2n-3+(2n+1)×2n-2,① 又2Tn=3×20+5×21+7×22+…+(2n

16、-1)×2n-2+(2n+1)×2n-1,② ①-②得 -Tn=3×2-1+(2+22+…+2n-1)-(2n+1)×2n-1 =+-(2n+1)×2n-1. 所以Tn=. 考點(diǎn)集訓(xùn)  【p217】 A組題 1.已知a,b,c,d成等比數(shù)列,且曲線y=x2-2x+3的頂點(diǎn)是(b,c),則ad等于(  ) A.3 B.2 C.1 D.-2 【解析】∵曲線的頂點(diǎn)是(1,2),∴b=1,c=2,又∵a,b,c,d成等比數(shù)列,∴ad=bc=2. 【答案】B 2.某種細(xì)胞開始有2個,1小時后分裂成4個并死去1個,2小時后分裂成6個并死去1個,3小時后分裂成10個并死去1個,…

17、,按此規(guī)律進(jìn)行下去,6小時后細(xì)胞存活的個數(shù)是(  ) A.33個B.65個C.66個D.129個 【解析】設(shè)開始的細(xì)胞數(shù)和每小時后的細(xì)胞數(shù)構(gòu)成的數(shù)量為{an},則即=2,∴數(shù)列{an-1}是首項(xiàng)為1,公比為2的等比數(shù)列,∴an-1=1×2n-1,an=2n-1+1,故6小時后細(xì)胞的存活數(shù)是a7=27-1+1=65. 【答案】B 3.某公司為激勵創(chuàng)新,計(jì)劃逐年加大研發(fā)資金投入.若該公司2015年全年投入研發(fā)資金130萬元,在此基礎(chǔ)上,每年投入的研發(fā)資金比上一年增長12%,則該公司全年投入的研發(fā)資金開始超過200萬元的年份是(參考數(shù)據(jù):lg 1.12=0.05,lg 1.3=0.11,lg

18、 2=0.30)(  ) A.2021年B.2020年 C.2019年D.2018年 【解析】設(shè)第n年開始超過200萬元,則130×>200,化為(n-2015)lg 1.12>lg 2-lg 1.3,n-2 015>=3.8,取n=2 019,因此開始超過200萬元的年份是2019年. 【答案】C 4.已知函數(shù)f(x)=cos x,x∈有兩個不同的零點(diǎn)x1,x2,且方程f(x)=m有兩個不同的實(shí)根x3,x4,若把這四個數(shù)按從小到大排列構(gòu)成等差數(shù)列,則實(shí)數(shù)m=(  ) A.B.-C.D.- 【解析】由題意可知:x1=,x2=,且x3,x4只能分布在x1,x2的中間或兩側(cè), 若x

19、3,x4分布在x1,x2的中間,則公差d==, 故x3,x4分別為、,此時可求得m=cos =-; 若x3,x4分布在x1,x2的兩側(cè),則公差d=-=π, 故x3,x4分別為-、,不合題意. 【答案】D 5. 《萊茵德紙草書》是世界上最古老的數(shù)學(xué)著作之一.書中有這樣一道題目:把100個面包分給5個人,使每人所得成等差數(shù)列,且使較大的三份之和的是較小的兩份之和,問最大的一份為__________. 【解析】設(shè)每人所得面包數(shù)構(gòu)成等差數(shù)列{an} ,公差d<0.由題意得即解得a1= . 【答案】 6.設(shè)數(shù)列{an}中,a1=2, an+1=,bn=,n∈N*,則數(shù)列的通項(xiàng)公式為bn=

20、__________. 【解析】因?yàn)椋剑剑剑?,所以數(shù)列為以b1==4為首項(xiàng),2為公比的等比數(shù)列,即bn=b1·2n-1=2n+1. 【答案】2n+1 7.已知數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和Sn=-n2+kn(其中k∈N*),且Sn的最大值為8. (1)確定常數(shù)k,并求an; (2)記數(shù)列的前n項(xiàng)和為Tn,求證:Tn<4. 【解析】(1)因?yàn)镾n=-n2+kn=-(n-k)2+,又因?yàn)閗∈N*,所以當(dāng)n=k時,(Sn)max=Sk==8,解得k=4,這時Sn=-n2+4n; 所以a1=S1=-×12+4×1=,當(dāng)n≥2時,an=Sn-Sn-1=-n+,又a1=S1=也適合這個公式, 所

21、以an=-n+. (2)設(shè)bn==, 則Tn=b1+b2+…+bn=1+++…+,① 所以Tn=+++…+,② ①-②得Tn=1++++…+-=2--=2-,所以Tn=4-. 8.設(shè)正數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,且2=an+1. (1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式. (2)若數(shù)列bn=,設(shè)Tn為數(shù)列的前n項(xiàng)的和,求Tn. (3)若Tn≤λbn+1對一切n∈N*恒成立,求實(shí)數(shù)λ的最小值. 【解析】(1)∵正數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,且2=an+1, ∴a1=1,Sn=Sn-1+an=Sn-1+2-1, ∴Sn-1=(-1)2, ∴-=1, ∴=1+n-1=n,∴Sn=

22、n2, ∴an=Sn-Sn-1=n2-(n-1)2=2n-1, 當(dāng)n=1時,2n-1=1=a1,∴an=2n-1. (2)bn===n+1, ∴==-, ∴Tn=-+-+…+-=-=. (3)Tn≤λbn+1對一切n∈N*恒成立, ∴≤λ(n+2), ∴λ≥=×恒成立, ∵×≤×=, 當(dāng)且僅當(dāng)n=2時取等號,故實(shí)數(shù)λ的最小值為. B組題 1.設(shè)曲線y=xn+1(n∈N*)在點(diǎn)(2,2n+1)處的切線與x軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為an,則數(shù)列{(n+1)an}的前n項(xiàng)和為(  ) A.n2-1 B.n2+1 C.n2-nD.n2+n 【解析】y=xn+1,則y′=(n+1)

23、xn,所以曲線y=xn+1(n∈N*)在點(diǎn)(2,2n+1)處的切線斜率為(n+1)2n,則切線方程為y=(n+1)2n(x-2)+2n+1,即y=(n+1)2nx-n·2n+1.令y=0,可得x=,所以an=,則(n+1)an=2n,所以數(shù)列{(n+1)an}是以2為首項(xiàng),2為公差的等差數(shù)列,則其前n項(xiàng)和為×n=n2+n. 【答案】D 2.設(shè)等比數(shù)列{an}滿足公比q∈N*,an∈N*,且{an}中的任意兩項(xiàng)之積也是該數(shù)列中的一項(xiàng),若a1=281,則q的所有可能取值的集合為________. 【解析】根據(jù)題意得對任意n1,n2∈N*有n∈N*,使an=an1an2281qn-1=281

24、qn1-1·281qn2-1,即q=2,因?yàn)閝∈N*,所以是正整數(shù)1、3、9、27、81,q的所有可能取值的集合為{2,23,29,227,281}. 【答案】{2,23,29,227,281} 3.已知正項(xiàng)等比數(shù)列{an}的公比q>1,且滿足a2=6, a1a3+2a2a4+a3a5=900,設(shè)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,若不等式λan≤1+Sn對一切n∈N*恒成立,則實(shí)數(shù)λ的最大值為________. 【解析】由等比數(shù)列的性質(zhì)可得a+2a2a4+a=900,即a2+a4=30,再結(jié)合a2=6可得a4=24,則公比q==2,所以an=6·2n-2=3·2n-1,Sn==3·2n-3,

25、故原不等式可化為3λ·2n-1≤3·2n-2,即λ≤2-,又因?yàn)镕=2-≥2-=,所以λ≤. 【答案】 4.已知正項(xiàng)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,對任意n∈N*,點(diǎn)都在函數(shù)f=x2+x的圖象上. (1)求數(shù)列{an}的首項(xiàng)a1和通項(xiàng)公式an; (2)若數(shù)列滿足log2bn=n+log2,求數(shù)列的前n項(xiàng)和Tn; (3)已知數(shù)列滿足cn=-.若對任意n∈N*,存在x0∈,使得c1+c2+…+cn≤f(x)-a成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 【解析】(1)由題知,當(dāng)n=1時,S1=a+a1,所以a1=1. Sn=a+an,所以Sn+1=a+an+1,兩式相減得到 (an+1+an)(an

26、+1-an-1)=0, 因?yàn)檎?xiàng)數(shù)列{an},所以an+1-an=1, 數(shù)列{an}是以1為首項(xiàng),1為公差的等差數(shù)列,所以an=n. (2)由(1)知an=n,所以bn=(2n-1)·2n,n∈N*, 因此Tn=1×21+3×22+…+(2n-1)×2n,① 2Tn=1×22+3×23+…+(2n-1)×2n+1,② 由①-②得到-Tn=1×2+2×22+2×23+…+2×2n-(2n-1)×2n+1 =2+2×-(2n-1)×2n+1 =-6+(3-2n)×2n+1 所以Tn=6+(2n-3)×2n+1. (3)由(2)知Tn=6+×2n+1, 所以cn=-=- =-. 令Mn為的前n項(xiàng)和,易得Mn=-. 因?yàn)閏1=0,c2>0,c3>0,c4>0,當(dāng)n≥5時, cn=, 而-=>0, 得到≤<1,所以當(dāng)n≥5時,cn<0, 所以Mn≤M4=-=-. 又x∈,f-a=x2+x-a的最大值為-a. 因?yàn)閷θ我獾膎∈N*,存在x0∈, 使得Mn≤f-a成立. 所以-≤-a,由此a≤. 18

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