(浙江專用)2021版新高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 數(shù)列與數(shù)學(xué)歸納法 4 第4講 數(shù)列求和教學(xué)案
《(浙江專用)2021版新高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 數(shù)列與數(shù)學(xué)歸納法 4 第4講 數(shù)列求和教學(xué)案》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(浙江專用)2021版新高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 數(shù)列與數(shù)學(xué)歸納法 4 第4講 數(shù)列求和教學(xué)案(17頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第4講 數(shù)列求和 1.基本數(shù)列求和方法 (1)等差數(shù)列求和公式:Sn==na1+d. (2)等比數(shù)列求和公式:Sn= 2.一些常見數(shù)列的前n項和公式 (1)1+2+3+4+…+n=; (2)1+3+5+7+…+(2n-1)=n2; (3)2+4+6+8+…+2n=n2+n. 3.?dāng)?shù)列求和的常用方法 (1)倒序相加法 如果一個數(shù)列{an}的前n項中首末兩端等“距離”的兩項的和相等或等于同一個常數(shù),那么求這個數(shù)列的前n項和即可用倒序相加法,如等差數(shù)列的前n項和即是用此法推導(dǎo)的. (2)錯位相減法 如果一個數(shù)列的各項是由一個等差數(shù)列和一個等比數(shù)列的對應(yīng)項之積構(gòu)成的,那
2、么這個數(shù)列的前n項和即可用此法來求,如等比數(shù)列的前n項和就是用此法推導(dǎo)的. (3)裂項相消法 把數(shù)列的通項拆成兩項之差,在求和時中間的一些項可以相互抵消,從而求得其和. (4)分組轉(zhuǎn)化法 一個數(shù)列的通項公式是由若干個等差數(shù)列或等比數(shù)列或可求和的數(shù)列組成,則求和時可用分組轉(zhuǎn)化法,分別求和后再相加減. (5)并項求和法 一個數(shù)列的前n項和,可兩兩結(jié)合求解,則稱之為并項求和.形如an=(-1)nf(n)類型,可采用兩項合并求解. [疑誤辨析] 判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”) (1)當(dāng)n≥2時,=-.( ) (2)利用倒序相加法可求得sin21°+sin22°+s
3、in23°+…+sin288°+sin289°=44.5.( ) (3)若Sn=a+2a2+3a3+…+nan,當(dāng)a≠0,且a≠1時,求Sn的值可用錯位相減法求得.( ) 答案:(1)× (2)√ (3)√ [教材衍化] 1.(必修5P61A組T5改編)一個球從100 m高處自由落下,每次著地后又跳回到原高度的一半再落下,當(dāng)它第10次著地時,經(jīng)過的路程是( ) A.100+200(1-2-9) B.100+100(1-2-9) C.200(1-2-9) D.100(1-2-9) 解析:選A.第10次著地時,經(jīng)過的路程為100+2(50+25+…+100×2-9)
4、=100+2×100×(2-1+2-2+…+2-9)=100+200×=100+200(1-2-9). 2.(必修5P47B組T4改編)在數(shù)列{an}中,an=,若{an}的前n項和為,則項數(shù)n為( ) A.2 014 B.2 015 C.2 016 D.2 017 解析:選D.an==-,Sn=1-+-+…+-=1-==,所以n=2 017.故選D. 3.(必修5P61A組T4(3)改編)1+2x+3x2+…+nxn-1=________(x≠0且x≠1). 解析:設(shè)Sn=1+2x+3x2+…+nxn-1,① 則xSn=x+2x2+3x3+…+nxn,②?、伲诘茫?1
5、-x)Sn=1+x+x2+…+xn-1-nxn=-nxn,所以Sn=-. 答案:- [易錯糾偏] (1)不會分組致誤; (2)錯位相減法運用不熟練出錯. 1.已知數(shù)列:1,2,3,…,,…,則其前n項和關(guān)于n的表達(dá)式為________. 解析:設(shè)所求的數(shù)列前n項和為Sn,則 Sn=(1+2+3+…+n)+++…+=+1-. 答案:+1- 2.已知數(shù)列{an}的前n項和為Sn且an=n·2n,則Sn=________. 解析:Sn=1×2+2×22+3×23+…+n×2n,① 所以2Sn=1×22+2×23+3×24+…+n×2n+1,② ①-②得-Sn=2+22+23+
6、…+2n-n×2n+1=-n×2n+1, 所以Sn=(n-1)2n+1+2. 答案:(n-1)2n+1+2 分組轉(zhuǎn)化法求和 設(shè)數(shù)列{an}的前n項和為Sn.已知S2=4,an+1=2Sn+1,n∈N*. (1)求通項公式an; (2)求數(shù)列{|an-n-2|}的前n項和. 【解】 (1)由題意得則 又當(dāng)n≥2時, 由an+1-an=(2Sn+1)-(2Sn-1+1)=2an, 得an+1=3an. 所以數(shù)列{an}的通項公式為an=3n-1,n∈N*. (2)設(shè)bn=|3n-1-n-2|,n∈N*,b1=2,b2=1. 當(dāng)n≥3時,由于3n-1>
7、n+2,故bn=3n-1-n-2,n≥3. 設(shè)數(shù)列{bn}的前n項和為Tn,則T1=2,T2=3. 當(dāng)n≥3時, Tn=3+-=, 所以Tn= 分組轉(zhuǎn)化法求和的常見類型 (1)若an=bn±cn,且{bn},{cn}為等差或等比數(shù)列,可采用分組轉(zhuǎn)化法求{an}的前n項和; (2)通項公式為an=的數(shù)列,其中數(shù)列{bn},{cn}是等比數(shù)列或等差數(shù)列,可采用分組轉(zhuǎn)化法求和. 1.?dāng)?shù)列{an}的通項公式an=2n-n,前n項之和為Sn,則Sn=________. 解析:Sn=21+22+…+2n-(1+2+…+n)=-=2n+1-. 答案:2n+1- 2.(202
8、0·麗水模擬)在等比數(shù)列{an}中,公比q≠1,等差數(shù)列{bn}滿足b1=a1=3,b4=a2,b13=a3. (1)求數(shù)列{an}與{bn}的通項公式; (2)記cn=(-1)nbn+an,求數(shù)列{cn}的前2n項和S2n. 解:(1)設(shè)等差數(shù)列{bn}的公差為d. 則有解得或(舍去), 所以an=3n,bn=2n+1. (2)由(1)知cn=(-1)n(2n+1)+3n, 則S2n=(3+32+33+…+32n)+{(-3)+5+(-7)+9+…+[-(4n-1)]+(4n+1)} =+[(5-3)+(9-7)+…+(4n+1-4n+1)] =+2n.
9、錯位相減法求和 已知數(shù)列{an}和{bn}滿足a1=2,b1=1,an+1=2an(n∈N*),b1+b2+b3+…+bn=bn+1-1(n∈N*). (1)求an與bn的通項公式; (2)記數(shù)列{anbn}的前n項和為Tn,求Tn. 【解】 (1)由a1=2,an+1=2an,得an=2n(n∈N*). 由題意知當(dāng)n=1時,b1=b2-1,故b2=2. 當(dāng)n≥2時,bn=bn+1-bn, 整理得=, 所以bn=n. 當(dāng)n=1時,也符合bn=n,綜上bn=n(n∈N*). (2)由(1)知anbn=n·2n, 因此Tn=2+2×22+3×23+…+n×2n, 2Tn=
10、22+2×23+3×24+…+n×2n+1, 所以Tn-2Tn=2+22+23+…+2n-n×2n+1. 故Tn=(n-1)2n+1+2(n∈N*). 錯位相減法求和策略 (1)如果數(shù)列{an}是等差數(shù)列,{bn}是等比數(shù)列,求數(shù)列{an·bn}的前n項和時,可采用錯位相減法,一般是和式兩邊同乘以等比數(shù)列{bn}的公比,然后作差求解. (2)在寫“Sn”與“qSn”的表達(dá)式時應(yīng)特別注意將兩式“錯項對齊”以便下一步準(zhǔn)確寫出“Sn-qSn”的表達(dá)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. 1.?dāng)?shù)列,,,,…,的前10
11、項之和為________. 解析:S10=+++…+,① 所以S10=++…++.② ①-②得 S10=+- =+- =--=, 所以S10==. 答案: 2.已知{an}是各項均為正數(shù)的等比數(shù)列,且a1+ a2 =6,a1a2= a3. (1)求數(shù)列{an}的通項公式; (2){bn}為各項非零的等差數(shù)列,其前n項和為Sn.已知S2n+1=bnbn+1,求數(shù)列的前n項和Tn. 解:(1)設(shè){an}的公比為q, 由題意知a1(1+q)=6,aq=a1q2. 又an>0, 解得a1=2,q=2, 所以an=2n. (2)由題意知:S2n+1==(2n+1)bn+
12、1, 又S2n+1=bnbn+1,bn+1≠0, 所以bn=2n+1. 令cn=, 則cn=, 因此Tn=c1+c2+…+cn=+++…++, 又Tn=+++…++, 兩式相減得 Tn=+-, 所以Tn=5-. 裂項相消法求和(高頻考點) 裂項相消法求和是每年高考的熱點,題型多為解答題第二問,難度適中.主要命題角度有: (1)形如an=型; (2)形如an=型; (3)形如an=(a>0,a≠1)型. 角度一 形如an=型 (2020·舟山市普陀三中高三期中)設(shè)等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,已知a1=1,++=12. (1)求{an}的通
13、項公式; (2)若bn=,{bn}的前n項和為Tn,求證:Tn<. 【解】 (1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,則S2=2a1+d,S3=3a1+3d,S4=4a1+6d, 因為++=12, 所以3a1+3d=12,即3+3d=12,解得d=3, 所以an=1+3(n-1)=3n-2. (2)證明:bn==, 所以Tn=+++…+ = = =, 所以Tn=<=. 角度二 形如an=型 (2020·臺州質(zhì)檢)已知函數(shù)f(x)=xα的圖象過點(4,2),令an=,n∈N*.記數(shù)列{an}的前n項和為Sn,則S2 018=( ) A.-1 B.-1
14、 C.-1 D. +1 【解析】 由f(4)=2可得4α=2,解得α=. 則f(x)=x. 所以an===-, 所以S2 018=a1+a2+a3+…+a2 018=(-)+(-)+(-)+…+(- )+(-)=-1. 【答案】 C 角度三 形如an=(a>0,a≠1)型 (2020·杭州市高三期末考試)設(shè)數(shù)列{an}的前n項和為Sn.若Sn=2an-n,則+++=________. 【解析】 因為Sn=2an-n,所以n≥2時,an=Sn-Sn-1=2an-n-[2an-1-(n-1)], 所以an=2an-1+1,化為:an+1=2(an-1+1), n=1時,a
15、1=2a1-1,解得a1=1. 所以數(shù)列{an+1}是等比數(shù)列,首項為2,公比為2. 所an+1=2n,即an=2n-1, 所以==-. 所以+++=++…+=1-=. 【答案】 利用裂項相消法求和的注意事項 (1)抵消后并不一定只剩下第一項和最后一項,也有可能前面剩兩項,后面也剩兩項;或者前面剩幾項,后面也剩幾項; (2)將通項裂項后,有時需要調(diào)整前面的系數(shù),使裂開的兩項之差和系數(shù)之積與原通項相等.如:若{an}是等差數(shù)列,則=,=(-). 已知等差數(shù)列{an}的各項均為正數(shù),a1=3,前n項和為Sn,數(shù)列{bn}為等比數(shù)列,b1=1,且b2S2=64,b3S3
16、=960. (1)求an與bn的通項公式; (2)求和:+++…+. 解:(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, 因為等差數(shù)列{an}的各項均為正數(shù),即an>0, 所以d>0,an=3+(n-1)d,bn=qn-1, 依題意得, 解得,或(舍去), 故an=3+2(n-1)=2n+1,bn=8n-1. (2)因為Sn=3+5+…+(2n+1)=n(n+2), 所以==, 所以+++…+=+++…+ =(1-+-+-+…+-)=(1+--)=-. [基礎(chǔ)題組練] 1.若數(shù)列{an}的通項公式是an=(-1)n·(3n-2),則a1+a2+
17、…+a12=( ) A.18 B.15 C.-18 D.-15 解析:選A.記bn=3n-2,則數(shù)列{bn}是以1為首項,3為公差的等差數(shù)列,所以a1+a2+…+a11+a12 =(-b1)+b2+…+(-b11)+b12=(b2-b1)+(b4-b3)+…+(b12-b11)=6×3=18. 2.已知{an}是首項為1的等比數(shù)列,Sn是{an}的前n項和,且9S3=S6,則數(shù)列的前5項和為( ) A.或5 B.或5 C. D. 解析:選C.設(shè)數(shù)列{an}的公比為q.由題意可知q≠1,且=,解得q=2,所以數(shù)列是以1為首項,為公比的等比數(shù)列
18、,由求和公式可得S5=. 3.?dāng)?shù)列{an}的通項公式是an=,若前n項和為10,則項數(shù)n為( ) A.120 B.99 C.11 D.121 解析:選A.an===-,所以a1+a2+…+an=(-1)+(-)+…+(-)=-1=10.即=11,所以n+1=121,n=120. 4.設(shè)各項均為正數(shù)的等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,且a4a8=32,則S11的最小值為( ) A.22 B.44 C.22 D.44 解析:選B.因為數(shù)列{an}為各項均為正數(shù)的等差數(shù)列,所以a4+a8≥2=8,S11==(a4+a8)≥×8=44,故S11的最小值為44,當(dāng)且僅
19、當(dāng)a4=a8=4時取等號. 5.設(shè)等比數(shù)列{an}的各項均為正數(shù),且a1=,a=4a2a8,若=log2a1+log2a2+…+log2an,則數(shù)列{bn}的前10項和為( ) A.- B. C.- D. 解析:選A.設(shè)等比數(shù)列{an}的公比為q,因為a=4a2a8,所以(a1q3)2=4a1q·a1q7,即4q2=1,所以q=或q=-(舍),所以an==2-n,所以log2an=log22-n=-n,所以=-(1+2+3+…+n)=-,所以bn=-=-2, 所以數(shù)列{bn}的前10項和為 -2= -2=-. 6.(2020·杭州八校聯(lián)考)在各項都為正數(shù)的數(shù)列{an}
20、中,首項a1=2,且點(a,a)在直線x-9y=0上,則數(shù)列{an}的前n項和Sn等于( ) A.3n-1 B. C. D. 解析:選A.由點(a,a)在直線x-9y=0上,得a-9a=0,即(an+3an-1)(an-3an-1)=0,又?jǐn)?shù)列{an}各項均為正數(shù),且a1=2,所以an+3an-1>0,所以an-3an-1=0,即=3,所以數(shù)列{an}是首項a1=2,公比q=3的等比數(shù)列,其前n項和Sn===3n-1,故選A. 7.在等差數(shù)列{an}中,a1>0,a10·a11<0,若此數(shù)列的前10項和S10=36,前18項和S18=12,則數(shù)列{|an|}的前18項和T18
21、的值是________. 解析:由a1>0,a10·a11<0可知d<0,a10>0,a11<0, 所以T18=a1+…+a10-a11-…-a18 =S10-(S18-S10)=60. 答案:60 8.設(shè)函數(shù)f(x)=+log2,定義Sn=f+f+…+f,其中n∈N*,且n≥2,則Sn=________. 解析:因為f(x)+f(1-x)=+log2++log2=1+log21=1, 所以2Sn=+[f+f]+…+=n-1. 所以Sn=. 答案: 9.?dāng)?shù)列的前n項和為,則n的值為________. 解析:由題意得+++…+=-+-+-+…+-=1-==.所以n=99.
22、 答案:99 10.(2020·溫州中學(xué)高三???已知數(shù)列{an}滿足:a1=,an+1=a+an,用[x]表示不超過x的最大整數(shù),則的值等于________. 解析:因為an+1=a+an,故an+1-an=a>0,即數(shù)列{an}是遞增數(shù)列,由an+1=a+an可得an+1=an(an+1),所以=-,從而=-, 所以1<++…+=-<=2,故=1. 答案:1 11.(2020·金華十校聯(lián)考)設(shè)數(shù)列{an}的各項均為正數(shù),且a1,22,a2,24,…,an,22n,…成等比數(shù)列. (1)求數(shù)列{an}的通項公式; (2)記Sn為數(shù)列{an}的前n項和,若Sk≥30(2k+1),
23、求正整數(shù)k的最小值. 解:(1)設(shè)等比數(shù)列的公比為q,則q2==22, 又由題意q>0,故q=2, 從而an==22n-1, 即數(shù)列{an}的通項公式為an=22n-1. (2)由(1)知a1=2,數(shù)列{an}是以22為公比的等比數(shù)列, 故Sn==(22n-1). 因此不等式Sk≥30(2k+1)可化為(22k-1)≥30(2k+1),即(2k-1)(2k+1)≥30(2k+1), 因為2k+1>0, 所以2k≥46, 即k≥log246, 又5<log246<6, 所以正整數(shù)k的最小值為6. 12.(2020·溫州市普通高中???已知數(shù)列{an}的前n項和為Sn,a
24、1=,2Sn=(n+1)an+1(n≥2). (1)求{an}的通項公式; (2)設(shè)bn=(n∈N*),數(shù)列{bn}的前n項和為Tn,證明:Tn<(n∈N*). 解:(1)當(dāng)n=2時,2S2=3a2+1,解得a2=2. 當(dāng)n=3時,2S3=4a3+1, 解得a3=3. 當(dāng)n≥3時,2Sn=(n+1)an+1,2Sn-1=nan-1+1, 以上兩式相減,得2an=(n+1)an-nan-1, 所以=, 所以==…==1, 所以an=. (2)證明:bn==, 當(dāng)n≥2時,bn=<=-, 所以Tn=+++…+=-<. [綜合題組練] 1.已知{an}是等差數(shù)列,公差d
25、不為零,前n項和是Sn,若a3,a4,a8成等比數(shù)列,則( ) A.a(chǎn)1d>0,dS4>0 B.a(chǎn)1d<0,dS4<0 C.a(chǎn)1d>0,dS4<0 D.a(chǎn)1d<0,dS4>0 解析:選B.因為 a3,a4,a8成等比數(shù)列,所以a=a3a8,所以(a1+3d)2=(a1+2d)(a1+7d),展開整理,得-3a1d=5d2,即a1d=-d2.因為 d≠0,所以a1d<0.因為 Sn=na1+d,所以S4=4a1+6d,dS4=4a1d+6d2=-d2<0. 2.在等差數(shù)列{an}中,a2=5,a6=21,記數(shù)列的前n項和為Sn,若S2n+1-Sn≤對任意的n∈N*恒成立,則正整
26、數(shù)m的最小值為( ) A.3 B.4 C.5 D.6 解析:選C.在等差數(shù)列{an}中,因為a2=5,a6=21, 所以解得a1=1,d=4, 所以==. 因為- =- =--=-- =+>0,所以數(shù)列(n∈N*)是遞減數(shù)列,數(shù)列(n∈N*)的最大項為S3-S1=+=,所以≤,m≥.又m是正整數(shù),所以m的最小值是5. 3.設(shè)a1,d為實數(shù),首項為a1,公差為d的等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,滿足S5S6+15=0,則d的取值范圍是________. 解析:由S5S6+15=0,得·(6a1+d)+15=0. 整理可得2a+9a1d+10d2+1=0. 因
27、為a1,d為實數(shù),所以Δ=(9d)2-4×2×(10d2+1)≥0,解得d≤-2或d≥2. 答案:d≤-2或d≥2 4.(2020·臺州診斷考試)已知數(shù)列{an}中,a1=1,Sn為數(shù)列{an}的前n項和,且當(dāng)n≥2時,有=1成立,則S2 017=________. 解析:當(dāng)n≥2時,由=1,得2(Sn-Sn-1)=(Sn-Sn-1)Sn-S=-SnSn-1, 所以-=1,又=2,所以是以2為首項,1為公差的等差數(shù)列, 所以=n+1,故Sn=, 則S2 017=. 答案: 5.(2020·浙江“七彩陽光”聯(lián)盟聯(lián)考)在數(shù)列{an}中,a1=2,an+1=2an. (1)求數(shù)列{
28、an}的通項公式; (2)設(shè)bn=,數(shù)列{bn}的前n項的和為Sn,試求數(shù)列{S2n-Sn}的最小值. 解:(1)由條件an+1=2an得=2·, 又a1=2,所以=2, 因此數(shù)列構(gòu)成首項為2,公比為2的等比數(shù)列, 從而=2·2n-1=2n,因此,an=n·2n. (2)由(1)得bn=,設(shè)cn=S2n-Sn,則cn=++…+, 所以cn+1=++…+++, 從而cn+1-cn=+->+-=0, 因此數(shù)列{cn}是單調(diào)遞增的,所以{cn}min=c1=. 6.(2020·嚴(yán)州階段測試)設(shè)等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,已知a7=4,a19=2a9,數(shù)列{bn}的前n項和為
29、Tn,滿足42an-1=λTn-(a5-1)(n∈N*). (1)是否存在非零實數(shù)λ,使得數(shù)列{bn}為等比數(shù)列?并說明理由; (2)已知對于n∈N*,不等式+++…+<M恒成立,求實數(shù)M的最小值. 解:(1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d, 則an=a1+(n-1)d. 因為 所以解得a1=1,d=, 所以數(shù)列{an}的通項公式為an=. 因為a5=3,42an-1=λTn-(a5-1), 所以4n=λTn-2,Tn=4n+. 當(dāng)n=1時,b1=; 當(dāng)n≥2時,bn=Tn-Tn-1=4n+-4n-1-=4n-1. 所以bn+1=4n=4bn(n≥2), 若數(shù)列{bn}是等比數(shù)列,則有b2=4b1, 而b2=,所以=2與b2=4b1矛盾. 故不存在非零實數(shù)λ,使得數(shù)列{bn}為等比數(shù)列. (2)由(1)知Sn=, 所以==, 從而+++…+ = = =<, 所以M ≥,故實數(shù)M的最小值為. 17
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