(浙江專版)2019版高考數(shù)學大一輪復習 第七章 數(shù)列與數(shù)學歸納法 第3節(jié) 等比數(shù)列及其前n項和學案 理
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1、 第3節(jié) 等比數(shù)列及其前n項和 最新考綱 1.理解等比數(shù)列的概念,掌握等比數(shù)列的通項公式與前n項和公式;2.能在具體的問題情境中識別數(shù)列的等比關系,并能用有關知識解決相應的問題;3.了解等比數(shù)列與指數(shù)函數(shù)的關系. 知 識 梳 理 1.等比數(shù)列的概念 (1)如果一個數(shù)列從第2項起,每一項與它的前一項的比等于同一個非零常數(shù),那么這個數(shù)列叫做等比數(shù)列,這個常數(shù)叫做等比數(shù)列的公比,公比通常用字母q(q≠0)表示. 數(shù)學語言表達式:=q(n≥2,q為非零常數(shù)),或=q(n∈N*,q為非零常數(shù)). (2)如果三個數(shù)a,G,b成等比數(shù)列,那么G叫做a與b的等比中項,其中G=±. 2. 等
2、比數(shù)列的通項公式及前n項和公式 (1)若等比數(shù)列{an}的首項為a1,公比是q,則其通項公式為an=a1qn-1; 通項公式的推廣:an=amqn-m. (2)等比數(shù)列的前n項和公式:當q=1時,Sn=na1;當q≠1時,Sn==. 3.等比數(shù)列的性質 已知{an}是等比數(shù)列,Sn是數(shù)列{an}的前n項和. (1)若k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),則有ak·al=am·an. (2)等比數(shù)列{an}的單調性: 當q>1,a1>0或0<q<1,a1<0時,數(shù)列{an}是遞增數(shù)列; 當q>1,a1<0或0<q<1,a1>0時,數(shù)列{an}是遞減數(shù)列; 當q=1時,數(shù)列
3、{an}是常數(shù)列. (3)相隔等距離的項組成的數(shù)列仍是等比數(shù)列,即ak,ak+m,ak+2m,…仍是等比數(shù)列,公比為qm. (4)當q≠-1,或q=-1且n為奇數(shù)時,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…仍成等比數(shù)列,其公比為qn. [常用結論與微點提醒] 1.等比數(shù)列中有五個量a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”,通過列方程(組)求關鍵量a1和q. 2.已知等比數(shù)列{an} (1)數(shù)列{c·an}(c≠0),{|an|},{a},也是等比數(shù)列. (2)a1an=a2an-1=…=aman-m+1. 3.由an+1=qan,q≠0,并不能立即斷言{an}為等比數(shù)列,還
4、要驗證a1≠0. 4.在運用等比數(shù)列的前n項和公式時,必須注意對q=1與q≠1分類討論,防止因忽略q=1這一特殊情形而導致解題失誤. 診 斷 自 測 1.思考辨析(在括號內打“√”或“×”) (1)與等差數(shù)列類似,等比數(shù)列的各項可以是任意一個實數(shù).( ) (2)公比q是任意一個常數(shù),它可以是任意實數(shù).( ) (3)三個數(shù)a,b,c成等比數(shù)列的充要條件是b2=ac.( ) (4)數(shù)列{an}的通項公式是an=an,則其前n項和為Sn=.( ) (5)數(shù)列{an}為等比數(shù)列,則S4,S8-S4,S12-S8成等比數(shù)列.( ) 解析 (1)在等比數(shù)列中,an≠0. (2
5、)在等比數(shù)列中,q≠0. (3)若a=0,b=0,c=0滿足b2=ac,但a,b,c不成等比數(shù)列. (4)當a=1時,Sn=na. (5)若a1=1,q=-1,則S4=0,S8-S4=0,S12-S8=0,不成等比數(shù)列. 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× 2.(2017·湖北七市考試)公比不為1的等比數(shù)列{an}滿足a5a6+a4a7=18,若a1am=9,則m的值為( ) A.8 B.9 C.10 D.11 解析 由題意得,2a5a6=18,∴a5a6=9,∴a1am=a5a6=9, ∴m=10,故選C. 答案 C 3.(2017·全國
6、Ⅱ卷)我國古代數(shù)學名著《算法統(tǒng)宗》中有如下問題:“遠望巍巍塔七層,紅光點點倍加增,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 設塔的頂層的燈數(shù)為a1,七層塔的總燈數(shù)為S7,公比為q,則依題意S7=381,公比q=2.∴=381,解得a1=3. 答案 B 4.在數(shù)列{an}中,a1=2,an+1=2an,Sn為{an}的前n項和.若Sn=126,則n=________. 解析 由an+1=2an,知數(shù)列{an}是以a1=2為首項,公比
7、q=2的等比數(shù)列,由Sn==126,解得n=6. 答案 6 5.(2017·全國Ⅲ卷)設等比數(shù)列{an}滿足a1+a2=-1,a1-a3=-3,則a4=________. 解析 由{an}為等比數(shù)列,設公比為q. 即 顯然q≠1,a1≠0, 得1-q=3,即q=-2,代入①式可得a1=1, 所以a4=a1q3=1×(-2)3=-8. 答案?。? 6.(2016·浙江卷)設數(shù)列{an}的前n項和為Sn.若S2=4,an+1=2Sn+1,n∈N*,則a1=________,S5=________. 解析 由解得a1=1,a2=3, 當n≥2時,由已知可得: an+1=2Sn
8、+1,① an=2Sn-1+1,② ①-②得an+1-an=2an,∴an+1=3an,又a2=3a1, ∴{an}是以a1=1為首項,公比q=3的等比數(shù)列. ∴S5==121. 答案 1 121 考點一 等比數(shù)列基本量的運算 【例1】 (1)(2018·浙江“超級全能生”聯(lián)考)等比數(shù)列{an}的前n項和為Sn,已知a1=1,且a1,S2,5成等差數(shù)列,則數(shù)列{an}的公比q=________,Sn=________. (2)(2016·全國Ⅰ卷)設等比數(shù)列滿足a1+a3=10,a2+a4=5,則a1a2…an的最大值為________. 解析 (1)由條件得a1+5=2
9、S2,即a1+2a2=5,又a1=1,則a2=2,故數(shù)列{an}的公比為2,前n項和Sn==2n-1. (2)設等比數(shù)列{an}的公比為q,∴ ?解得 ∴a1a2…an=aq1+2+…+(n-1) =2-+. 記t=-+=-(n2-7n), 結合n∈N*,可知n=3或4時,t有最大值6. 又y=2t為增函數(shù). 所以a1a2…an的最大值為64. 答案 (1)2 2n-1 (2)64 規(guī)律方法 等比數(shù)列基本量的運算是等比數(shù)列中的一類基本問題,等比數(shù)列中有五個量a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”,通過列方程(組)便可迎刃而解. 【訓練1】 (1)設等比數(shù)列{an}
10、的公比為q,前n項和為Sn,若Sn+1,Sn,Sn+2成等差數(shù)列,則q的值為________. (2)(2017·江蘇卷)等比數(shù)列{an}的各項均為實數(shù),其前n項和為Sn,已知S3=,S6=,則a8=________. (3)設{an}是公比大于1的等比數(shù)列,Sn為數(shù)列{an}的前n項和.已知S3=7,且a1+3,3a2,a3+4構成等差數(shù)列,則an=________. 解析 (1)由已知條件,得2Sn=Sn+1+Sn+2, 即2Sn=2Sn+2an+1+an+2,即=-2. (2)設數(shù)列{an}首項為a1,公比為q(q≠1), 則解得 所以a8=a1q7=×27=32. (3
11、)由已知得: 解得a2=2.設數(shù)列{an}的公比為q,由a2=2,可得a1=,a3=2q.又S3=7,可知+2+2q=7,即2q2-5q+2=0,解得q1=2,q2=.由題意得q>1,所以q=2,所以a1=1. 故數(shù)列{an}的通項為an=2n-1. 答案 (1)-2 (2)32 (3)2n-1 考點二 等比數(shù)列的性質及應用 【例2】 (1)已知等比數(shù)列{an}滿足a1=,a3a5=4(a4-1),則a2等于( ) A.2 B.1 C. D. (2)(一題多解)設等比數(shù)列{an}的前n項和為Sn,若=3,則=( ) A.2 B. C. D.3 解
12、析 (1)由{an}為等比數(shù)列,得a3a5=a,所以a=4(a4-1),解得a4=2,設等比數(shù)列{an}的公比為q,則a4=a1q3,得2=q3,解得q=2,所以a2=a1q=.選C. (2)法一 由等比數(shù)列的性質及題意,得S3,S6-S3,S9-S6仍成等比數(shù)列,由已知得S6=3S3,∴=,即S9-S6=4S3,S9=7S3,∴=. 法二 因為{an}為等比數(shù)列,由=3,設S6=3a,S3=a,所以S3,S6-S3,S9-S6為等比數(shù)列,即a,2a,S9-S6成等比數(shù)列,所以S9-S6=4a,解得S9=7a,所以==. 答案 (1)C (2)B 規(guī)律方法 (1)在解決等比數(shù)列的有關問
13、題時,要注意挖掘隱含條件,利用性質,特別是性質“若m+n=p+q,則am·an=ap·aq”,可以減少運算量,提高解題速度. (2)在應用相應性質解題時,要注意性質成立的前提條件,有時需要進行適當變形.此外,解題時注意設而不求思想的運用. 【訓練2】 (1)(2018·湖州調研)在各項均為正數(shù)的等比數(shù)列{an}中,a3=-1,a5=+1,則a+2a2a6+a3a7=________. (2)(2018·稽陽聯(lián)誼學校聯(lián)考)等比數(shù)列{an}中,前n項和為Sn,a1a9=2a3a6,S5=-62,則a1的值為________. 解析 (1)由等比數(shù)列性質,得a3a7=a,a2a6=a3a5,
14、所以a+2a2a6+a3a7=a+2a3a5+a=(a3+a5)2=(-1++1)2=(2)2=8. (2)由等比數(shù)列性質,得a1a9=a3a7=2a3a6,所以q==2,又S5=-62,則a1=-2. 答案 (1)8 (2)-2 考點三 等比數(shù)列的判定與證明 【例3】 已知數(shù)列{an}的前n項和為Sn,在數(shù)列{bn}中,b1=a1,bn=an-an-1(n≥2),且an+Sn=n. (1)設cn=an-1,求證:{cn}是等比數(shù)列; (2)求數(shù)列{bn}的通項公式. (1)證明 ∵an+Sn=n,① ∴an+1+Sn+1=n+1.② ②-①得an+1-an+an+1=1,
15、 ∴2an+1=an+1,∴2(an+1-1)=an-1, ∴=,∴{an-1}是等比數(shù)列. 又a1+a1=1,∴a1=, 又cn=an-1,首項c1=a1-1,∴c1=-,公比q=. ∴{cn}是以-為首項,以為公比的等比數(shù)列. (2)解 由(1)可知cn=·=-, ∴an=cn+1=1-. ∴當n≥2時,bn=an-an-1=1-- =-=. 又b1=a1=代入上式也符合,∴bn=. 規(guī)律方法 證明一個數(shù)列為等比數(shù)列常用定義法與等比中項法,其他方法只用于選擇題、填空題中的判定;若證明某數(shù)列不是等比數(shù)列,則只要證明存在連續(xù)三項不成等比數(shù)列即可. 【訓練3】 (2016·
16、全國Ⅲ卷)已知數(shù)列{an}的前n項和Sn=1+λan,其中λ≠0. (1)證明{an}是等比數(shù)列,并求其通項公式; (2)若S5=,求λ. (1)證明 由題意得a1=S1=1+λa1, 故λ≠1,a1=,a1≠0. 由Sn=1+λan,Sn+1=1+λan+1,得an+1=λan+1-λan,即an+1(λ-1)=λan, 由a1≠0,λ≠0且λ≠1得an≠0, 所以=. 因此{an}是首項為,公比為的等比數(shù)列, 于是an=. (2)解 由(1)得Sn=1-. 由S5=得1-=, 即=.解得λ=-1. 基礎鞏固題組 一、選擇題 1.已知等比數(shù)列{an}滿足a1
17、=3,a1+a3+a5=21,則a3+a5+a7=( ) A.21 B.42 C.63 D.84 解析 設等比數(shù)列{an}的公比為q,則由a1=3,a1+a3+a5=21得3(1+q2+q4)=21,解得q2=-3(舍去)或q2=2,于是a3+a5+a7=q2(a1+a3+a5)=2×21=42,故選B. 答案 B 2.在等比數(shù)列{an}中,如果a1+a4=18,a2+a3=12,那么這個數(shù)列的公比為( ) A.2 B. C.2或 D.-2或 解析 設數(shù)列{an}的公比為q,由=====,得q=2或q=.故選C. 答案 C 3.已知{an},{bn}
18、都是等比數(shù)列,那么( ) A.{an+bn},{an·bn}都一定是等比數(shù)列 B.{an+bn}一定是等比數(shù)列,但{an·bn}不一定是等比數(shù)列 C.{an+bn}不一定是等比數(shù)列,但{an·bn}一定是等比數(shù)列 D.{an+bn},{an·bn}都不一定是等比數(shù)列 解析 兩個等比數(shù)列的積仍是一個等比數(shù)列. 答案 C 4.(必修5P67A1(2)改編)一個蜂巢里有1只蜜蜂.第1天,它飛出去找回了5個伙伴;第2天,6只蜜蜂飛出去,各自找回了5個伙伴……如果這個找伙伴的過程繼續(xù)下去,第6天所有的蜜蜂都歸巢后,蜂巢中一共有________只蜜蜂( ) A.55 986 B.4
19、6 656 C.216 D.36 解析 設第n天蜂巢中的蜜蜂數(shù)量為an,根據題意得數(shù)列{an}成等比數(shù)列,a1=6,q=6,所以{an}的通項公式an=6×6n-1,到第6天,所有的蜜蜂都歸巢后,蜂巢中一共有a6=6×65=66=46 656只蜜蜂,故選B. 答案 B 5.設各項都是正數(shù)的等比數(shù)列{an},Sn為前n項和,且S10=10,S30=70,那么S40等于( ) A.150 B.-200 C.150或-200 D.400或-50 解析 依題意,數(shù)列S10,S20-S10,S30-S20,S40-S30成等比數(shù)列,因此有(S20-S10)2=S10(S30-
20、S20). 即(S20-10)2=10(70-S20),故S20=-20或S20=30,又S20>0, 因此S20=30,S20-S10=20,S30-S20=40, 故S40-S30=80. S40=150.故選A. 答案 A 6.(2018·金華十校模擬)已知a,b為實常數(shù),{ci}(i∈N*)是公比不為1的等比數(shù)列,直線ax+by+ci=0與拋物線y2=2px(p>0)均相交,所成弦的中點為Mi(xi,yi),則下列說法錯誤的是( ) A.數(shù)列{xi}可能是等比數(shù)列 B.數(shù)列{yi}是常數(shù)列 C.數(shù)列{xi}可能是等差數(shù)列 D.數(shù)列{xi+yi}可能是等比數(shù)列 解
21、析 易知a≠0,設直線ax+by+ci=0與拋物線y2=2px交于Ai(xi1,yi1),Bi(xi2,yi2).?ay2+2pby+2pci=0,∴yi1+yi2=-,yi1yi2=,∴yi==-,則B正確;xi====-,則當b=0時,xi+yi=xi=-,而{ci}(i∈N*)是等比數(shù)列,所以A和D正確;又xi+1-xi=(ci-ci+1),而{ci}(i∈N*)是公比不為1的等比數(shù)列,故C錯誤. 答案 C 二、填空題 7.(2017·北京卷)若等差數(shù)列{an}和等比數(shù)列{bn}滿足a1=b1=-1,a4=b4=8,則=________. 解析 {an}為等差數(shù)列,a1=-1,a
22、4=8=a1+3d=-1+3d,∴d=3,∴a2=a1+d=-1+3=2.{bn}為等比數(shù)列,b1=-1,b4=8=b1·q3=-q3,∴q=-2,∴b2=b1·q=2,則==1. 答案 1 8.(2018·臺州調考)已知數(shù)列{an}的前m(m≥4)項是公差為2的等差數(shù)列,從第m-1項起,am-1,am,am+1,…成公比為2的等比數(shù)列.若a1=-2,則m=________,{an}的前6項和S6=________. 解析 由題意,得am-1=a1+(m-2)d=2m-6,am=2m-4,則由==2,解得m=4,所以數(shù)列{an}的前6項依次為-2,0,2,4,8,16,所以S6=28.
23、 答案 4 28 9.(2017·寧波調研)已知數(shù)列{an}滿足a1=1,an+1=an+2n(n∈N*),則a3=________;通項公式an=________. 解析 ∵a1=1,an+1=an+2n(n∈N*),∴a2=a1+2=3,a3=a2+22=3+4=7.n≥2時,an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=2n-1+2n-2+…+2+1==2n-1(n=1時也成立),∴an=2n-1. 答案 7 2n-1 10.(2018·嘉興測試)已知正項等比數(shù)列{an}的前n項和為Sn,若-1,S5,S10成等差數(shù)列,則S10-2S5=______
24、__,且S15-S10的最小值為________. 解析 由已知2S5=-1+S10,∴S10-2S5=1.由{an}為等比數(shù)列可知:S5,S10-S5,S15-S10也成等比數(shù)列,∴(S10-S5)2=S5·(S15-S10),∴S15-S10====S5++2≥4,當且僅當S5=1時,等號成立. 答案 1 4 三、解答題 11.在等比數(shù)列{an}中,a2=3,a5=81. (1)求an; (2)設bn=log3an,求數(shù)列{bn}的前n項和Sn. 解 (1)設{an}的公比為q,依題意得 解得 因此,an=3n-1. (2)因為bn=log3an=n-1, 所以數(shù)列{
25、bn}的前n項和Sn==. 12.設{an}是公比為q的等比數(shù)列. (1)推導{an}的前n項和公式; (2)設q≠1,證明數(shù)列{an+1}不是等比數(shù)列. 解 (1)設{an}的前n項和為Sn, 當q=1時,Sn=a1+a1+…+a1=na1; 當q≠1時,Sn=a1+a1q+a1q2+…+a1qn-1,① qSn=a1q+a1q2+…+a1qn,② ①-②得,(1-q)Sn=a1-a1qn, ∴Sn=,∴Sn= (2)假設{an+1}是等比數(shù)列,則對任意的k∈N*, (ak+1+1)2=(ak+1)(ak+2+1), a+2ak+1+1=akak+2+ak+ak+2+
26、1, aq2k+2a1qk=a1qk-1·a1qk+1+a1qk-1+a1qk+1, ∵a1≠0,∴2qk=qk-1+qk+1. ∵q≠0,∴q2-2q+1=0,∴q=1,這與已知矛盾. 故數(shù)列{an+1}不是等比數(shù)列. 能力提升題組 13.在正項等比數(shù)列{an}中,已知a1a2a3=4,a4a5a6=12,an-1anan+1=324,則n等于( ) A.12 B.13 C.14 D.15 解析 設數(shù)列{an}的公比為q, 由a1a2a3=4=aq3與a4a5a6=12=aq12, 可得q9=3,an-1anan+1=aq3n-3=324, 因此q3n-6
27、=81=34=q36,所以3n-6=36, 所以n=14,故選C. 答案 C 14.數(shù)列{an}中,已知對任意n∈N*,a1+a2+a3+…+an=3n-1,則a+a+a+…+a等于( ) A.(3n-1)2 B.(9n-1) C.9n-1 D.(3n-1) 解析 ∵a1+a2+…+an=3n-1,n∈N*, n≥2時,a1+a2+…+an-1=3n-1-1, ∴當n≥2時,an=3n-3n-1=2·3n-1, 又n=1時,a1=2適合上式,∴an=2·3n-1, 故數(shù)列{a}是首項為4,公比為9的等比數(shù)列. 因此a+a+…+a==(9n-1). 答案 B
28、 15.(2018·溫州九校聯(lián)考)已知等比數(shù)列{an}前n項和滿足Sn=1-A·3n,數(shù)列{bn}是遞增數(shù)列,且bn=An2+Bn,則A=________,B的取值范圍為________. 解析 因為任意一個公比不為1的等比數(shù)列前n項和Sn==-qn,而等比數(shù)列{an}的前n項和為Sn=1-A·3n,所以A=1.于是bn=n2+Bn,又因為數(shù)列{bn}是遞增數(shù)列,所以bn+1-bn=(n+1)2+B(n+1)-n2-Bn=2n+1+B>0恒成立,所以B>-(2n+1)恒成立,又n≥1,所以B>-3. 答案 1 (-3,+∞) 16.設數(shù)列{an}(n=1,2,3,…)的前n項和Sn滿足
29、Sn=2an-a1,且a1,a2+1,a3成等差數(shù)列. (1)求數(shù)列{an}的通項公式; (2)記數(shù)列的前n項和為Tn,求使得|Tn-1|<成立的n的最小值. 解 (1)由已知Sn=2an-a1, 有an=Sn-Sn-1=2an-2an-1(n≥2), 即an=2an-1(n≥2),所以q=2. 從而a2=2a1,a3=2a2=4a1, 又因為a1,a2+1,a3成等差數(shù)列,即a1+a3=2(a2+1), 所以a1+4a1=2(2a1+1),解得a1=2, 所以,數(shù)列{an}是首項為2,公比為2的等比數(shù)列, 故an=2n. (2)由(1)得=, 所以Tn=++…+==1
30、-. 由|Tn-1|<,得<, 即2n>1 000, 因為29=512<1 000<1 024=210,所以n≥10, 于是,使|Tn-1|<成立的n的最小值為10. 17.(2018·紹興模擬)已知正項數(shù)列{an}的奇數(shù)項a1,a3,a5,…,a2k-1,…構成首項a1=1的等差數(shù)列,偶數(shù)項構成公比q=2的等比數(shù)列,且a1,a2,a3成等比數(shù)列,a4,a5,a7成等差數(shù)列. (1)求數(shù)列{an}的通項公式; (2)設bn=,Tn=b1b2…bn,求正整數(shù)k,使得對任意n∈N*,均有Tk≥Tn. 解 (1)由題意:設a1,a3,a5,…,a2k-1,…的公差為d,則a3=1+d,a5=1+2d,a7=1+3d,a4=2a2,代入 又a2>0,故解得 故數(shù)列{an}的通項公式為an= (2)bn=,顯然bn>0, ∵==<1, ∴{bn}單調遞減,又b1=2,b2=,b3=,b4=, ∴b1>b2>b3>1>b4>b5>…,∴k=3時,對任意n∈N*,均有T3≥Tn. 13
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