新(全国甲卷)高考数学大二轮总复习与增分策略专题四数列、推理与证明第2讲数列的求和问题练习文

更新时间:2024-01-06 05:42:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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第2讲 数列的求和问题

1.(2016·课标全国甲)Sn为等差数列{an}的前n项和,且a1=1,S7=28.记bn=[lg an],其中[x]表示不超过x的最大整数,如[0.9]=0,[lg 99]=1. (1)求b1,b11,b101;

(2)求数列{bn}的前1 000项和.

解 (1)设{an}的公差为d,据已知有7+21d=28, 解得d=1.所以{an}的通项公式为an=n.

b1=[lg 1]=0,b11=[lg 11]=1,b101=[lg 101]=2.

??1,10≤n<100,

(2)因为b=?2,100≤n<1 000,

??3,n=1 000,

n0,1≤n<10,

所以数列{bn}的前1 000项和为1×90+2×900+3×1=1 893.

2.(2016·山东)已知数列{an}的前n项和Sn=3n+8n,{bn}是等差数列,且an=bn+bn+1. (1)求数列{bn}的通项公式;

2

an+

(2)令cn=

bn+

n+1n,求数列{cn}的前n项和Tn.

解 (1)由题意知,当n≥2时,an=Sn-Sn-1=6n+5, 当n=1时,a1=S1=11,所以an=6n+5.

??a1=b1+b2,

设数列{bn}的公差为d.由?

?a2=b2+b3,???11=2b1+d,

即???17=2b1+3d,

可解得b1=4,d=3,所以bn=3n+1.

(2)由(1)知,cn=

n+

n+

n+1n=3(n+1)·2

2

n+1

.

3

又Tn=c1+c2+…+cn,得Tn=3×[2×2+3×2+…+(n+1)×22Tn=3×[2×2+3×2+…+(n+1)×2

2

3

4

3

4

n+1

],

n+2

].

n+1

两式作差,得-Tn=3×[2×2+2+2+…+2

n41-2n+2?-n+1×2?=3×?4+? 1-2??

-(n+1)×2

n+2

]

=-3n·2

n+2

,所以Tn=3n·2

n+2

.

1

高考对数列求和的考查主要以解答题的形式出现,通过分组转化、错位相减、裂项相消等方法求一般数列的和,体现转化与化归的思想.

热点一 分组转化求和

有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并.

例1 等比数列{an}中,a1,a2,a3分别是下表第一、二、三行中的某一个数,且a1,a2,a3中的任何两个数不在下表的同一列.

第一行 第二行 第三行

(1)求数列{an}的通项公式;

第一列 3 6 9 第二列 2 4 8 第三列 10 14 18 (2)若数列{bn}满足:bn=an+(-1)ln an,求数列{bn}的前n项和Sn. 解 (1)当a1=3时,不合题意;

当a1=2时,当且仅当a2=6,a3=18时,符合题意; 当a1=10时,不合题意.

因此a1=2,a2=6,a3=18,所以公比q=3. 故an=2·3

n-1

n (n∈N).

n*

(2)因为bn=an+(-1)ln an =2·3=2·3=2·3

n-1

+(-1)ln(2·3

nnn-1

)

n-1

+(-1)[ln 2+(n-1)ln 3]

+(-1)(ln 2-ln 3)+(-1)nln 3,

n-1

nnn-1

所以Sn=2(1+3+…+3+(-1)n]ln 3. 当n为偶数时, 1-3nSn=2×+ln 3 1-32=3+ln 3-1;

2当n为奇数时,

nnn)+[-1+1-1+…+(-1)]·(ln 2-ln 3)+[-1+2-3+…

nn1-3?n-1-n?ln 3

Sn=2×-(ln 2-ln 3)+??1-3?2?

2

n=3-

nn-1

2

ln 3-ln 2-1.

n3+ln 3-1, n为偶数,??2

综上所述,S=?n-1

3-??2ln 3-ln 2-1, n为奇数.

nnn

思维升华 在处理一般数列求和时,一定要注意使用转化思想.把一般的数列求和转化为等差数列或等比数列进行求和,在求和时要分析清楚哪些项构成等差数列,哪些项构成等比数列,清晰正确地求解.在利用分组求和法求和时,由于数列的各项是正负交替的,所以一般需要对项数n进行讨论,最后再验证是否可以合并为一个公式.

跟踪演练1 (2015·湖南)设数列{an}的前n项和为Sn,已知a1=1,a2=2,且an+2=3Sn-

Sn+1+3,n∈N*.

(1)证明:an+2=3an; (2)求Sn.

(1)证明 由条件,对任意n∈N,有an+2=3Sn-Sn+1+3, 因而对任意n∈N,n≥2,有an+1=3Sn-1-Sn+3. 两式相减,得an+2-an+1=3an-an+1, 即an+2=3an,n≥2. 又a1=1,a2=2,

所以a3=3S1-S2+3=3a1-(a1+a2)+3=3a1, 故对一切n∈N,an+2=3an. (2)解 由(1)知,an≠0,所以*

*

*

an+2

=3.于是数列{a2n-1}是首项a1=1,公比为3等比数列;an数列{a2n}是首项a2=2,公比为3的等比数列. 因此a2n-1=3

n-1

,a2n=2×3

n-1

.

于是S2n=a1+a2+…+a2n

=(a1+a3+…+a2n-1)+(a2+a4+…+a2n) =(1+3+…+3

n-1

)+2(1+3+…+3)

n-1

)

=3(1+3+…+33=

3-1

. 2

nn-1

3

从而S2n-1=S2n-a2n=3n-2

=(5×3-1). 2

3-1n-1

-2×3 2

n 3

3??2

综上所述,S=?3

??2

nn-3

2

-,n是奇数,

n2

-,n是偶数.

热点二 错位相减法求和

错位相减法是在推导等比数列的前n项和公式时所用的方法,这种方法主要用于求数列{an·bn}的前n项和,其中{an},{bn}分别是等差数列和等比数列.

例2 已知数列{an}的前n项和为Sn,且有a1=2,3Sn=5an-an-1+3Sn-1(n≥2). (1)求数列{an}的通项公式;

(2)若bn=(2n-1)an,求数列{bn}的前n项和Tn. 解 (1)3Sn-3Sn-1=5an-an-1(n≥2), ∴2an=an-1,又∵a1=2,

1

∴{an}是首项为2,公比为的等比数列,

21n-11n-22-n∴an=2×()=()=2.

22(2)bn=(2n-1)2

2-nan1

=, an-12

Tn=1×21+3×20+5×2-1+…+(2n-1)·22-n,

1

Tn=1×20+3×2-1+…+(2n-3)·22-n+(2n-1)·21-n, 2

10-12-n1-n∴Tn=2+2(2+2+…+2)-(2n-1)·2 22[1-=2+-11-2=6-(2n+3)·2

-1

n-1

]1-n-(2n-1)2

1-n,

2-n∴Tn=12-(2n+3)·2.

思维升华 (1)错位相减法适用于求数列{an·bn}的前n项和,其中{an}为等差数列,{bn}为等比数列;(2)所谓“错位”,就是要找“同类项”相减.要注意的是相减后得到部分,求等比数列的和,此时一定要查清其项数.(3)为保证结果正确,可对得到的和取n=1,2进行验证.

跟踪演练2 已知正项数列{an}的前n项和Sn满足:4Sn=(an-1)(an+3)(n∈N). (1)求an;

(2)若bn=2·an,求数列{bn}的前n项和Tn. 解 (1)∵4Sn=(an-1)(an+3)=an+2an-3,

4

2

*

n∴当n≥2时,4Sn-1=an-1+2an-1-3, 两式相减得,4an=an-an-1+2an-2an-1, 化简得,(an+an-1)(an-an-1-2)=0, ∵{an}是正项数列,∴an+an-1≠0,

∴an-an-1-2=0,对任意n≥2,n∈N都有an-an-1=2, 又由4S1=a1+2a1-3得,a1-2a1-3=0, 解得a1=3或a1=-1(舍去),

∴{an}是首项为3,公差为2的等差数列, ∴an=3+2(n-1)=2n+1. (2)由已知及(1)知,

2

2

*

2

2

2

bn=(2n+1)·2n,

Tn=3·21+5·22+7·23+…+(2n-1)·2n-1+(2n+1)·2n,①

2Tn=3·2+5·2+7·2+…+(2n-1)·2+(2n+1)·2

1

2

3

4

2

3

4

nn+1

,②

n+1

②-①得,Tn=-3×2-2(2+2+2+…+2)+(2n+1)·2(2n+1)·2

n+1

n=-6-2×

-21-2

n-1

n+1

=2+(2n-1)·2.

热点三 裂项相消法求和

裂项相消法是指把数列和式中的各项分别裂开后,某些项可以相互抵消从而求和的方法,主要适用于{1

anan+1

}或{

1

anan+2

}(其中{an}为等差数列)等形式的数列求和.

例3 已知等比数列{an}的各项均为正数,a1=1,公比为q;等差数列{bn}中,b1=3,且{bn}的前n项和为Sn,a3+S3=27,q=. (1)求{an}与{bn}的通项公式;

3

(2)设数列{cn}满足cn=,求{cn}的前n项和Tn.

2Sn解 (1)设数列{bn}的公差为d, ∵a3+S3=27,q=,

∴q+9+3d=27,6+d=q,解得q=3,d=3. ∴an=3

n-1

2

2

S2a2

S2a2

,bn=3n.

(2)由题意及(1),得Sn=

n+3n, 211=-. nn+1

5

cn=

332=×·2Sn23n1n+

1111111

所以Tn=1-+-+-+…+- 22334nn+1=1-

1n=. n+1n+1

*

思维升华 (1)裂项相消法的基本思想就是把通项an分拆成an=bn+k-bn(k≥1,k∈N)的形式,从而达到在求和时某些项相消的目的,在解题时要善于根据这个基本思想变换数列{an}的通项公式,使之符合裂项相消的条件. (2)常用的裂项公式 ①②③

n1111

=(-); n+kknn+k1

n-

1

n+

111

=(-); 22n-12n+1

n+n+kk1

=(n+k-n).

?1???的前项和,a2=2,S5=15,若

?an·an+1?

跟踪演练3 (1)设Sn为等差数列{an}的前n9

为,则m的值为( ) 10A.8 B.9 C.10 D.11

(2)已知数列{an}的通项公式为an=log2立的正整数n有( ) A.最小值63 C.最小值31 答案 (1)B (2)A

m项和

n+1*

(n∈N),设其前n项和为Sn,则使Sn<-5成n+2

B.最大值63 D.最大值31

解析 (1)设数列{an}的首项为a1,公差为d,

a1+d=2,??则有?5×4

5ad=15,1+?2?

∴a1=d=1,∴an=n, ∴∴

111

=-. an·an+1nn+1

1111

+++…+ a1·a2a2·a3a3·a4am·am+1

11111=1-+-+…+-

223mm+1

6

=1-

1m9==, m+1m+110

∴m=9. (2)∵an=log2n+1*

(n∈N), n+2

23n+1

∴Sn=a1+a2+…+an=log2+log2+…+log2=(log22-log23)+(log23-log24)+…

34n+2+log2(n+1)-log2(n+2)=log22-log2(n+2) =log2

2121

,由Sn<-5=log2?62, n+232n+232

故使Sn<-5成立的正整数n有最小值63.

1.已知数列{an}的通项公式为an=n2n*

n+2n+

,其前n项和为Sn,若存在M∈Z,满足对任

意的n∈N,都有Sn

押题依据 数列的通项以及求和是高考重点考查的内容,也是《考试大纲》中明确提出的知识点,年年在考,年年有变,变的是试题的外壳,即在题设的条件上有变革,有创新,但在变中有不变性,即解答问题的常用方法有规律可循. 答案 1

解析 因为an=n2n=

1

-n-1n2n2n+1

n+2n+

=n+-n

2nn+

n11111

所以Sn=(0-1)+(1-2)+…+[n-1-n2×12×22×22×32n2由于1-n2

1n+

<1,所以M的最小值为1.

1n+

]=1-n2

1n+

2.已知数列{an}的前n项和Sn满足Sn=a(Sn-an+1)(a为常数,且a>0),且4a3是a1与2a2的等差中项.

(1)求{an}的通项公式;

2n+1

(2)设bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.

an押题依据 错位相减法求和是高考的重点和热点,本题先利用an,Sn的关系求an,也是高考出题的常见形式.

解 (1)当n=1时,S1=a(S1-a1+1), 所以a1=a,

7

当n≥2时,Sn=a(Sn-an+1),①

Sn-1=a(Sn-1-an-1+1),②

由①-②,得an=a·an-1, 即

an=a, an-1

故{an}是首项a1=a,公比为a的等比数列, 所以an=a·a2

n-1

=a.

n故a2=a,a3=a.

由4a3是a1与2a2的等差中项,可得8a3=a1+2a2, 即8a=a+2a,

因为a≠0,整理得8a-2a-1=0, 即(2a-1)(4a+1)=0, 11

解得a=或a=-(舍去),

241n1

故an=()=n. 22

2n+1n(2)由(1),得bn==(2n+1)·2,

2

3

2

3

an2

所以Tn=3×2+5×2+7×2+…+(2n-1)·2

2

3

4

3n-1

+(2n+1)·2,①

n+1

n2Tn=3×2+5×2+7×2+…+(2n-1)·2+(2n+1)·2

2

3

n,②

由①-②,得-Tn=3×2+2(2+2+…+2)-(2n+1)·22-2n+1=6+2×-(2n+1)·2

1-2=-2+2

n+22

nn+1

n+1

-(2n+1)·2

n+1

n+1

=-2-(2n-1)·2,

n+1

所以Tn=2+(2n-1)·2.

A组 专题通关

1111

1.已知数列1,3,5,7,…,则其前n项和Sn为( )

2481612

A.n+1-n

2C.n+1-答案 A

2

12

B.n+2-n

212

D.n+2-n-1 2

12

n-1

8

1

解析 因为an=2n-1+n,

2

所以Sn=

n+2n-2

1-n211-2

2

1221=n+1-n.

2

2.已知数列{an}的前n项和Sn=n-6n,则{|an|}的前n项和Tn等于( ) A.6n-n

?6n-n,1≤n≤3,?C.?2

??n-6n+18,n>3

22

B.n-6n+18

2

?6n-n,1≤n≤3,?

D.?2

??n-6n,n>3

2

答案 C

解析 由Sn=n-6n可得, 当n≥2时,an=Sn-Sn-1

=n-6n-(n-1)+6(n-1)=2n-7. 当n=1时,S1=-5=a1,也满足上式, ∴an=2n-7,n∈N.

∴n≤3时,an<0;n>3时,an>0. ∴当n≤3时,Tn=|Sn|=6n-n, 当n>3时,Tn=Sn+2|S3|=n-6n+18.

??6n-n,1≤n≤3,

∴Tn=?2

??n-6n+18,n>3.

2

2

2

*

2

22

3.已知Sn为数列{an}的前n项和,若an(4+cos nπ)=n(2-cos nπ),则S20等于( ) A.31 C.324 答案 B

解析 由题意得,因为an(4+cos nπ)=n(2-cos nπ), 246

所以a1=1,a2=,a3=3,a4=,a5=5,a6=,…,

555

22

所以数列{an}的奇数项构成首项为1,公差为2的等差数列,偶数项构成首项为,公差为的55等差数列,

所以S20=(a1+a3+…+a19)+(a2+a4+…+a20)=122,故选B.

1

4.设数列{an}满足:a1=2,an+1=1-,记数列{an}的前n项之积为Tn,则T2 016的值为( )

B.122 D.484

an1A.-

2

B.-1

9

C.12 D.1

答案 D

解析 由a-1

1=2,an+1=1a,

n得a-1a=1,a1-11

2=13=a=-1,a4=1-=2,…,

122a3由上可知,数列{an}是以3为周期的周期数列, 又aa1

12a3=2×2×(-1)=-1,且2 016=3×672.

∴T672

2 016=(-1)=1. 故选D.

5.1+???1+12???+???1+12+14???+…+???1+12+1

4+…+1210??? 的值为( )

A.18+1

29

B.20+1

210

C.22+1

211

D.18+1

2

10

答案 B

解析 设a=1+111

n2+4+…+2n-1

1[1-

1

n]

2

=2[1-(1n1-12

)],

2

原式=a1+a2+…+a11

=2[1-(1112111

2)]+2[1-(2)]+…+2[1-(2)]

=2[11-(111

2+22+…+211)]

1-1=2[11-

2

2

111-1] 2

=2[11-(1-111

211)]=2(11-1+211)=20+2

10.

x6.设f(x)=4122 014

4x+2,若S=f(2 015)+f(2 015)+…+f(2 015),则S=________.

答案 1 007

10

4

解析 ∵f(x)=x,

4+22

∴f(1-x)=1-x=x,

4+22+442

∴f(x)+f(1-x)=x+x=1.

4+22+4

xx4

1-xS=f(S=f(

122 014)+f()+…+f(),① 2 0152 0152 0152 0142 0131

)+f()+…+f(),② 2 0152 0152 015

12 01422 0132 014

)+f()]+[f()+f()]+…+[f()+2 0152 0152 0152 0152 015

①+②得,2S=[f(

f(

1

)]=2 014, 2 015

2 014∴S==1 007.

2

7.在数列{an}中,a1=1,an+2+(-1)an=1,记Sn是数列{an}的前n项和,则S60=________. 答案 480

解析 方法一 依题意得,当n是奇数时,an+2-an=1,即数列{an}中的奇数项依次形成首30×29项为1、公差为1的等差数列,a1+a3+a5+…+a59=30×1+×1=465;

2

当n是偶数时,an+2+an=1,即数列{an}中的相邻的两个偶数项之和均等于1,a2+a4+a6+

na8+…+a58+a60=(a2+a4)+(a6+a8)+…+(a58+a60)=15.

因此,该数列的前60项和S60=465+15=480.

方法二 ∵an+2+(-1)an=1,∴a3-a1=1,a5-a3=1,a7-a5=1,…,且a4+a2=1,a6+

na4=1,a8+a6=1,…,∴{a2n-1}为等差数列,且a2n-1=1+(n-1)×1=n,即a1=1,a3=2,a5=3,a7=4,

∴S4=a1+a2+a3+a4=1+1+2=4,S8-S4=a5+a6+a7+a8=3+4+1=8,

S12-S8=a9+a10+a11+a12=5+6+1=12,…,

15×14

∴S60=4×15+×4=480.

28.定义

np1+p2+…+pn为n个正数p1,p2,…,pn的“均倒数”,若已知数列{an}的前n项

1an111

的“均倒数”为,又bn=,则++…+=________.

5n5b1b2b2b3b10b11答案

10 21

2

2

解析 由定义可知a1+a2+…+an=5n,a1+a2+…+an+an+1=5(n+1),可求得an+1=10n

11

+5,

所以an=10n-5,则bn=2n-1, 又

111=(-), bnbn+12bnbn+1

11

所以

b1b2b2b3

1

+…+

1

b10b11

1111111=(-+-…-+-) 2b1b2b2b10b10b1111110=(-)=. 2b1b1121

9.(2015·福建)在等差数列{an}中,a2=4,a4+a7=15. (1)求数列{an}的通项公式; (2)设bn=2an-2+n,求b1+b2+b3+…+b10的值.

解 (1)设等差数列{an}的公差为d, 由已知得?

??

?a1+d=4,?

a1+3d+a1+6d=15,

??a1=3,

解得?

??d=1.

所以an=a1+(n-1)d=n+2. (2)由(1)可得bn=2+n,

所以b1+b2+b3+…+b10=(2+1)+(2+2)+(2+3)+…+(2+10) =(2+2+2+…+2)+(1+2+3+…+10) =

-21-2

11

102

3

10

2

3

10

n+

+2

=(2-2)+55 =2+53=2 101.

12

10.已知在数列{an}中,a1=1,当n≥2时,其前n项和Sn满足Sn=an(Sn-).

2(1)求Sn的表达式; (2)设bn=

11

Sn1

,数列{bn}的前n项和为Tn,证明Tn<. 2n+12

12

(1)解 当n≥2时,an=Sn-Sn-1代入Sn=an(Sn-),得2SnSn-1+Sn-Sn-1=0,由于Sn≠0,

211所以-=2,

SnSn-1Sn1

所以{}是首项为1,公差为2的等差数列,

12

1

从而=1+(n-1)×2=2n-1,

Sn1

所以Sn=.

2n-1(2)证明 因为bn=

Sn=2n+1

1

n-n+

111=(-), 22n-12n+1

111111

所以Tn=[(1-)+(-)+…+(-)]

23352n-12n+1111

=(1-)<, 22n+121所以Tn<.

2

B组 能力提高

64-4n*

11.已知等差数列{an}的通项公式an=,设An=|an+an+1+…+an+12| (n∈N),则当

5

An取最小值时,n的值为( )

A.16 C.12 答案 D

解析 令an=0,得a16=0,所得a16-i+a16+i=0 (i∈N). 因为An是等差数列{an}中连续13项的和的绝对值,An≥0. 因此取n=10时,an+an+1+…+an+12=0, 即An=0最小,故选D.

112

12.已知数列{an}满足an+1=+an-an,且a1=,则该数列的前2 016项的和等于( )

22A.1 509 C.1 512 答案 C

1

解析 因为a1=,

2

B.3 018 D.2 016

*

B.14 D.10

an+1=+an-a2n,

1

所以a2=1,从而a3=,a4=1,

2

12

13

1??,n=2k-k∈N*,

即得an=?2

??1,n=2kk∈N*故数列的前2 016项的和等于

S2 016=1 008×(1+)=1 512.

13.设向量a=(1,2),b=(

1*

,an) (n∈N),若a∥b,设数列{an}的前n项和为Sn,则212

n+nSn的最小值为________.

答案 1

解析 因为向量a=(1,2),b=(

1*

n2+n,an) (n∈N), a∥b,所以1·a1

n-n2+n·2=0,

即an=

2n2+n=2(11n-n+1

), 从而数列{an}的前n项和为

S1n=2(-1+1-1+…+

11223

n-1-1n+1n-1n+1)=2(1-1n+1)=2nn+1=2, 1+

1

n显然当n=1时,Sn取得最小值,为1.

14.已知{an}是一个公差d大于0的等差数列,且满足a3a5=45,a2+a6=14. (1)求数列{an}的通项公式;

(2)若数列{bb1b2bn2

n}满足:2+22+…+2n=an+n,求数列{bn}的前n项和Sn.

解 (1)∵a3+a5=a2+a6=14,a3a5=45, ∴a3=5,a5=9或a3=9,a5=5, ∵d>0,∴a3=5,a5=9,

∴???a3=a1+2d=5,

??a5=a1+4d=9

?a1=1,d=2,

∴an=2n-1.

(2)由b1b2bn2

2+22+…+2n=an+n,

得b1+b2bn2

222+…+2

n=2n-1+n, b1+b2

bn-1

2

222+…+2

n-1=2(n-1)-1+(n-1) (n≥2), 14

两式相减得bnn2n=2n+1,∴bn=2(2n+1)(n≥2),

又b1

2

=a1+1,∴b1=4, n∴b??2n+,n≥2,

n=?

??

4,n=1.

记Tn=b2+b3+…+bn,

则Tn=22

×5+23

×7+…+2n(2n+1), 2T3

4

n+1

n=2×5+2×7+…+2(2n+1),

两式相减得-Tn+1

n=4+2(1-2n),

则Tn=2

n+1

(2n-1)-4,∴Sn+1

n=2(2n-1).

15

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/xwpx.html

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