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§6.2 等差数列
考试要求 1.理解等差数列的概念.2.掌握等差数列的通项公式与前 n项和公式.3.能在具体
的问题情境中识别数列的等差关系,并能用有关知识解决相应的问题.4.了解等差数列与一次
函数、二次函数的关系.
知识梳理
1.等差数列的有关概念
(1)等差数列的定义
一般地,如果一个数列从第2 项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数,那么这个
数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,通常用字母d 表示,定义表达式为a
n
- a = d ( 常数 ) ( n ≥ 2 , n ∈ N * ).
n-1
(2)等差中项
若三个数a,A,b成等差数列,则A叫做a与b的等差中项,且有A=.
2.等差数列的有关公式
(1)通项公式:a=a + ( n - 1 ) d.
n 1
(2)前n项和公式:S=na+d或S=.
n 1 n
3.等差数列的常用性质
(1)通项公式的推广:a=a + ( n - m ) d (n,m∈N*).
n m
(2)若{a}为等差数列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则a + a = a + a.
n k l m n
(3)若{a}是等差数列,公差为d,则a,a ,a ,…(k,m∈N*)是公差为md 的等差数列.
n k k+m k+2m
(4)数列S ,S -S ,S -S ,…也是等差数列.
m 2m m 3m 2m
(5)S =(2n-1)a.
2n-1 n
(6)等差数列{a}的前n项和为S,为等差数列.
n n
常用结论
1.已知数列{a}的通项公式是a =pn+q(其中p,q为常数),则数列{a}一定是等差数列,
n n n
且公差为p.
2.在等差数列{a}中,a>0,d<0,则S 存在最大值;若a<0,d>0,则S 存在最小值.
n 1 n 1 n
3.等差数列{a}的单调性:当d>0时,{a}是递增数列;当d<0时,{a}是递减数列;当
n n n
d=0时,{a}是常数列.
n
4.数列{a}是等差数列⇔S=An2+Bn(A,B为常数).这里公差d=2A.
n n
思考辨析
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)等差数列{a}的单调性是由公差d决定的.( √ )
n(2)若一个数列每一项与它的前一项的差都是常数,则这个数列是等差数列.( × )
(3)数列{a}为等差数列的充要条件是对任意n∈N*,都有2a =a+a .( √ )
n n+1 n n+2
(4)已知数列{a}的通项公式是a=pn+q(其中p,q为常数),则数列{a}一定是等差数列.
n n n
( √ )
教材改编题
1.已知等差数列{a}中,a=3,前5项和S=10,则数列{a}的公差为( )
n 2 5 n
A.-1 B.-
C.-2 D.-4
答案 A
解析 设等差数列{a}的公差为d,
n
∵S=5a=10,
5 3
∴a=a+d=2,
3 2
又∵a=3,∴d=-1.
2
2.在等差数列{a}中,若a+a+a+a+a=450,则a=________.
n 3 4 5 6 7 5
答案 90
3.已知{a}是等差数列,其前n项和为S,若a=2,且S=30,则S=________.
n n 3 6 9
答案 126
解析 由已知可得
解得
∴S=9a+d=-90+36×6=126.
9 1
题型一 等差数列基本量的运算
例1 (1)(多选)记S 为等差数列{a}的前n项和.已知S =0,a =5,则下列选项正确的是(
n n 4 5
)
A.a+a=0 B.a=2n-5
2 3 n
C.S=n(n-4) D.d=-2
n
答案 ABC
解析 S==0,
4
∴a+a=a+a=0,A正确;
1 4 2 3
a=a+4d=5,①
5 1
a+a=a+a+3d=0,②
1 4 1 1
联立①②得
∴a=-3+(n-1)×2=2n-5,
n
B正确,D错误;S=-3n+×2=n2-4n,C正确.
n
(2)(2022·内蒙古模拟)已知等差数列{a}中,S 为其前n项和,S =24,S =99,则a 等于(
n n 4 9 7
)
A.13 B.14 C.15 D.16
答案 C
解析 ∵∴
解得则a=a+6d=15.
7 1
教师备选
1.已知等差数列{a}的前n项和为S,若a=5,S=24,则a 等于( )
n n 3 4 9
A.-5 B.-7
C.-9 D.-11
答案 B
解析 ∵a=5,S=24,
3 4
∴a+2d=5,4a+6d=24,
1 1
解得a=9,d=-2,
1
∴a=11-2n,
n
∴a=11-2×9=-7.
9
2.已知{a}是公差不为零的等差数列,且a+a =a,则=________.
n 1 10 9
答案
解析 ∵a+a =a,
1 10 9
∴a+a+9d=a+8d,即a=-d,
1 1 1 1
∴a+a+…+a=S=9a+d=27d,
1 2 9 9 1
a =a+9d=8d,∴=.
10 1
思维升华 (1)等差数列的通项公式及前n项和公式共涉及五个量a ,n,d,a ,S ,知道其
1 n n
中三个就能求出另外两个(简称“知三求二”).
(2)确定等差数列的关键是求出两个最基本的量,即首项a 和公差d.
1
跟踪训练1 (1)(多选)记S 为等差数列{a}的前n项和.若a +a =24,S =48,则下列正确
n n 3 6 6
的是( )
A.a=-2 B.a=2
1 1
C.d=4 D.d=-4
答案 AC
解析 因为
所以
(2)(2020·全国Ⅱ)记S 为等差数列{a}的前n项和.若a=-2,a+a=2,则S =______.
n n 1 2 6 10
答案 25解析 设等差数列{a}的公差为d,
n
则a+a=2a+6d=2.
2 6 1
因为a=-2,所以d=1.
1
所以S =10×(-2)+×1=25.
10
题型二 等差数列的判定与证明
例2 (2021·全国甲卷)已知数列{a}的各项均为正数,记 S 为{a}的前 n项和,从下面
n n n
①②③中选取两个作为条件,证明另外一个成立.
①数列{a}是等差数列;②数列{}是等差数列;③a=3a.
n 2 1
注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分.
解 ①③⇒②.
已知{a}是等差数列,a=3a.
n 2 1
设数列{a}的公差为d,
n
则a=3a=a+d,得d=2a,
2 1 1 1
所以S=na+d=n2a.
n 1 1
因为数列{a}的各项均为正数,
n
所以=n,
所以-=(n+1)-n=(常数),所以数列{}是等差数列.
①②⇒③.
已知{a}是等差数列,{}是等差数列.
n
设数列{a}的公差为d,
n
则S=na+d=n2d+n.
n 1
因为数列{}是等差数列,所以数列{}的通项公式是关于n的一次函数,则a -=0,即d=
1
2a,所以a=a+d=3a.
1 2 1 1
②③⇒①.
已知数列{}是等差数列,a=3a,
2 1
所以S=a,S=a+a=4a.
1 1 2 1 2 1
设数列{}的公差为d,d>0,
则-=-=d,得a=d2,
1
所以=+(n-1)d=nd,
所以S=n2d2,
n
所以a =S -S =n2d2-(n-1)2d2=2d2n-d2(n≥2),是关于n的一次函数,且a =d2满足上
n n n-1 1
式,所以数列{a}是等差数列.
n
教师备选
(2022·烟台模拟)已知在数列{a}中,a =1,a =2a +1(n≥2,n∈N*),记b =log (a +
n 1 n n-1 n 2 n1).
(1)判断{b}是否为等差数列,并说明理由;
n
(2)求数列{a}的通项公式.
n
解 (1){b}是等差数列,理由如下:
n
b=log (a+1)=log 2=1,
1 2 1 2
当n≥2时,b-b =log (a+1)-log (a +1)
n n-1 2 n 2 n-1
=log =log =1,
2 2
∴{b}是以1为首项,1为公差的等差数列.
n
(2)由(1)知,b=1+(n-1)×1=n,
n
∴a+1= =2n,
n
∴a=2n-1.
n
思维升华 判断数列{a}是等差数列的常用方法
n
(1)定义法:对任意n∈N*,a -a 是同一常数.
n+1 n
(2)等差中项法:对任意n≥2,n∈N*,满足2a=a +a .
n n+1 n-1
(3)通项公式法:对任意n∈N*,都满足a=pn+q(p,q为常数).
n
(4)前n项和公式法:对任意n∈N*,都满足S=An2+Bn(A,B为常数).
n
跟踪训练2 已知数列{a}满足a=1,且na -(n+1)a=2n2+2n.
n 1 n+1 n
(1)求a,a;
2 3
(2)证明数列是等差数列,并求{a}的通项公式.
n
解 (1)由题意可得a-2a=4,
2 1
则a=2a+4,又a=1,所以a=6.
2 1 1 2
由2a-3a=12,得2a=12+3a,
3 2 3 2
所以a=15.
3
(2)由已知得=2,
即-=2,
所以数列是首项为=1,公差为d=2的等差数列,
则=1+2(n-1)=2n-1,
所以a=2n2-n.
n
题型三 等差数列的性质
命题点1 等差数列项的性质
例3 (1)已知数列{a}满足2a =a +a (n≥2),a +a +a =12,a +a +a =9,则a +
n n n-1 n+1 2 4 6 1 3 5 3
a 等于( )
4
A.6 B.7
C.8 D.9答案 B
解析 因为2a=a +a ,
n n-1 n+1
所以{a}是等差数列,
n
由等差数列性质可得a+a+a=3a=12,
2 4 6 4
a+a+a=3a=9,
1 3 5 3
所以a+a=3+4=7.
3 4
(2)(2022·宁波模拟)已知等差数列{a}的前n项和为S ,且a +a +a +a +a =150,则S 等
n n 3 4 5 6 7 9
于( )
A.225 B.250
C.270 D.300
答案 C
解析 等差数列{a}的前n项和为S,
n n
且a+a+a+a+a=150,
3 4 5 6 7
∴a+a+a+a+a=5a=150,
3 4 5 6 7 5
解得a=30,
5
∴S=(a+a)=9a=270.
9 1 9 5
命题点2 等差数列前n项和的性质
例4 (1)已知等差数列{a}的前n项和为S,若S =10,S =60,则S 等于( )
n n 10 20 40
A.110 B.150
C.210 D.280
答案 D
解析 因为等差数列{a}的前n项和为S,
n n
所以S ,S -S ,S -S ,S -S 也成等差数列.
10 20 10 30 20 40 30
故(S -S )+S =2(S -S ),
30 20 10 20 10
所以S =150.
30
又因为(S -S )+(S -S )=2(S -S ),
20 10 40 30 30 20
所以S =280.
40
(2)等差数列{a},{b}的前n项和分别为S ,T ,若对任意正整数n都有=,则+的值为
n n n n
________.
答案
解析 +===,
∴====.
教师备选
1.若等差数列{a}的前15项和S =30,则2a-a-a +a 等于( )
n 15 5 6 10 14
A.2 B.3C.4 D.5
答案 A
解析 ∵S =30,∴(a+a )=30,
15 1 15
∴a+a =4,
1 15
∴2a=4,∴a=2.
8 8
∴2a-a-a +a =a+a-a-a +a =a-a +a =a +a-a =a=2.
5 6 10 14 4 6 6 10 14 4 10 14 10 8 10 8
2.已知S 是等差数列{a}的前n项和,若a=-2 020,-=6,则S 等于( )
n n 1 2 023
A.2 023 B.-2 023
C.4 046 D.-4 046
答案 C
解析 ∵为等差数列,设公差为d′,
则-=6d′=6,∴d′=1,
首项为=-2 020,
∴=-2 020+(2 023-1)×1=2,
∴S =2 023×2=4 046.
2 023
思维升华 (1)项的性质:在等差数列{a}中,若m+n=p+q(m,n,p,q∈N*),则a +a
n m n
=a+a.
p q
(2)和的性质:在等差数列{a}中,S 为其前n项和,则
n n
①S =n(a+a )=…=n(a+a ).
2n 1 2n n n+1
②S =(2n-1)a.
2n-1 n
③依次k项和成等差数列,即S,S -S,S -S ,…成等差数列.
k 2k k 3k 2k
跟踪训练3 (1)(2021·北京){a}和{b}是两个等差数列,其中(1≤k≤5)为常值,若a=288,
n n 1
a=96,b=192,则b 等于( )
5 1 3
A.64 B.128 C.256 D.512
答案 B
解析 由已知条件可得=,
则b===64,
5
因此,b===128.
3
(2)(2022·郴州模拟)已知S 为等差数列{a}的前n项和,满足a =3a ,a =3a -1,则数列的
n n 3 1 2 1
前10项和为( )
A. B.55 C. D.65
答案 C
解析 设等差数列{a}的公差为d,则
n所以a=1,d=1,
1
所以S=n+=,
n
所以=,
所以-=-=,
所以是以1为首项,为公差的等差数列,
数列的前10项和T =10+×=.
10
课时精练
1.(2022·芜湖模拟)在等差数列{a}中,若a+a=30,a=11,则{a}的公差为( )
n 3 9 4 n
A.-2 B.2 C.-3 D.3
答案 B
解析 设公差为d,因为a+a=2a=30,
3 9 6
所以a=15,从而d==2.
6
2.(2022·莆田模拟)已知等差数列{a}满足a+a+a+a =12,则2a-a 的值为( )
n 3 6 8 11 9 11
A.-3 B.3 C.-12 D.12
答案 B
解析 由等差中项的性质可得,
a+a+a+a =4a=12,
3 6 8 11 7
解得a=3,
7
∵a+a =2a,
7 11 9
∴2a-a =a=3.
9 11 7
3.(2022·铁岭模拟)中国古代数学名著《张邱建算经》中有如下问题:今有十等人,每等一
人,宫赐金以等次差降之(等差数列),上三人先入,得金四斤,持出;下四人后入,得金三
斤,持出;中间三人未到者,亦依等次更给.则第一等人(得金最多者)得金斤数是( )
A. B.
C. D.
答案 A
解析 由题设知在等差数列{a}中,
n
a+a+a=4,a+a+a+a =3.
1 2 3 7 8 9 10
所以3a+3d=4,4a+30d=3,
1 1
解得a=.
1
4.(2022·山东省实验中学模拟)已知等差数列{a}的项数为奇数,其中所有奇数项之和为
n319,所有偶数项之和为290,则该数列的中间项为( )
A.28 B.29
C.30 D.31
答案 B
解析 设等差数列{a}共有2n+1项,
n
则S =a+a+a+…+a ,
奇 1 3 5 2n+1
S =a+a+a+…+a ,
偶 2 4 6 2n
该数列的中间项为a ,
n+1
又S -S =a+(a-a)+(a-a)+…+(a -a )=a+d+d+…+d=a+nd=a ,
奇 偶 1 3 2 5 4 2n+1 2n 1 1 n+1
所以a =S -S =319-290=29.
n+1 奇 偶
5.(多选)等差数列{a}的公差为d,前n项和为S ,当首项a 和d变化时,a +a +a 是一
n n 1 3 8 13
个定值,则下列各数也为定值的有( )
A.a B.a C.S D.S
7 8 15 16
答案 BC
解析 由等差中项的性质可得a+a+a =3a 为定值,则a 为定值,
3 8 13 8 8
S ==15a 为定值,
15 8
但S ==8不是定值.
16
6.(多选)已知S 是等差数列{a}(n∈N*)的前n项和,且S>S>S ,则下列结论正确的是(
n n 8 9 7
)
A.公差d<0
B.在所有小于0的S 中,S 最大
n 17
C.a>a
8 9
D.满足S>0的n的个数为15
n
答案 ABC
解析 ∵S>S,且S=S+a,
8 9 9 8 9
∴S>S+a,即a<0,
8 8 9 9
又S>S,S=S+a,
8 7 8 7 8
∴S+a>S,即a>0,
7 8 7 8
∴d=a-a<0,故A,C中的结论正确;
9 8
∵S>S,S=S+a+a,
9 7 9 7 8 9
∴S+a+a>S,即a+a>0,
7 8 9 7 8 9
又a+a =a+a,
1 16 8 9
∴S ==8(a+a)>0,
16 8 9
又a+a =2a,
1 15 8
∴S ==15a>0,
15 8又a+a =2a,且a<0,
1 17 9 9
∴S ==17a<0,
17 9
故B中的结论正确,D中的结论错误.
7.(2019·北京)设等差数列{a}的前n项和为S.若a=-3,S=-10,则a=________.
n n 2 5 5
答案 0
解析 设等差数列{a}的公差为d,
n
∵
即
∴∴a=a+4d=0.
5 1
8.(2022·铁岭模拟)一百零八塔,位于宁夏吴忠青铜峡市,是始建于西夏时期的喇嘛式实心
塔群,是中国现存最大且排列最整齐的喇嘛塔群之一.一百零八塔,因塔群的塔数而得名,
塔群随山势凿石分阶而建,由下而上逐层增高,依山势自上而下各层的塔数分别为
1,3,3,5,5,7,…,该数列从第 5项开始成等差数列,则该塔群最下面三层的塔数之和为
________.
答案 51
解析 设该数列为{a},依题意可知,a,a,…成等差数列,且公差为2,a=5,
n 5 6 5
设塔群共有n层,则1+3+3+5+5(n-4)+×2=108,
解得n=12(n=-8舍去).
故最下面三层的塔数之和为a +a +a =3a =3×(5+2×6)=51.
10 11 12 11
9.(2021·全国乙卷)记S 为数列{a}的前n项和,b 为数列{S}的前n项积,已知+=2.
n n n n
(1)证明:数列{b}是等差数列;
n
(2)求{a}的通项公式.
n
(1)证明 因为b 是数列{S}的前n项积,
n n
所以n≥2时,S=,
n
代入+=2可得,+=2,
整理可得2b +1=2b,
n-1 n
即b-b =(n≥2).
n n-1
又+==2,所以b=,
1
故{b}是以为首项,为公差的等差数列.
n
(2)解 由(1)可知,b=,
n
则+=2,所以S=,
n当n=1时,a=S=,
1 1
当n≥2时,
a=S-S =-=-.
n n n-1
故a=
n
10.在数列{a}中,a=8,a=2,且满足a -2a +a=0(n∈N*).
n 1 4 n+2 n+1 n
(1)求数列{a}的通项公式;
n
(2)设T=|a|+|a|+…+|a|,求T.
n 1 2 n n
解 (1)∵a -2a +a=0,
n+2 n+1 n
∴a -a =a -a,
n+2 n+1 n+1 n
∴数列{a}是等差数列,设其公差为d,
n
∵a=8,a=2,
1 4
∴d==-2,
∴a=a+(n-1)d=10-2n,n∈N*.
n 1
(2)设数列{a}的前n项和为S,则由(1)可得,
n n
S=8n+×(-2)=9n-n2,n∈N*.
n
由(1)知a=10-2n,令a=0,得n=5,
n n
∴当n>5时,a<0,
n
则T=|a|+|a|+…+|a|
n 1 2 n
=a+a+…+a-(a+a+…+a)
1 2 5 6 7 n
=S-(S-S)=2S-S
5 n 5 5 n
=2×(9×5-25)-(9n-n2)=n2-9n+40;
当n≤5时,a≥0,
n
则T=|a|+|a|+…+|a|
n 1 2 n
=a+a+…+a=9n-n2,
1 2 n
∴T=
n
11.设等差数列{a}的前n项和为S,若S =-2,S =0,S =3,则m等于( )
n n m-1 m m+1
A.3 B.4 C.5 D.6
答案 C
解析 ∵数列{a}为等差数列,且前n项和为S,
n n
∴数列也为等差数列.
∴+=,
即+=0,解得m=5,经检验为原方程的解.
12.(多选)(2022·济宁模拟)设等差数列{a}的前n项和是S ,已知S >0,S <0,则下列选项
n n 14 15
正确的有( )
A.a>0,d<0
1
B.a+a>0
7 8
C.S 与S 均为S 的最大值
6 7 n
D.a<0
8
答案 ABD
解析 因为S >0,S <0,
14 15
所以S =
14
=7(a+a )=7(a+a)>0,
1 14 7 8
即a+a>0,
7 8
因为S ==15a<0,
15 8
所以a<0,所以a>0,
8 7
所以等差数列{a}的前7项为正数,从第8项开始为负数,
n
则a>0,d<0,S 为S 的最大值.
1 7 n
13.(2020·新高考全国Ⅰ)将数列{2n-1}与{3n-2}的公共项从小到大排列得到数列{a},则
n
{a}的前n项和为________.
n
答案 3n2-2n
解析 方法一 (观察归纳法)
数列{2n-1}的各项为1,3,5,7,9,11,13,…;
数列{3n-2}的各项为1,4,7,10,13,….
观察归纳可知,两个数列的公共项为1,7,13,…,是首项为1,公差为6的等差数列,
则a=1+6(n-1)=6n-5.
n
故前n项和为S==
n
=3n2-2n.
方法二 (引入参变量法)
令b=2n-1,c =3m-2,b=c ,
n m n m
则2n-1=3m-2,即3m=2n+1,m必为奇数.
令m=2t-1,则n=3t-2(t=1,2,3,…).
a=b =c =6t-5,即a=6n-5.
t 3t-2 2t-1 n
以下同方法一.
14.(2022·东莞模拟)已知等差数列{a}的首项a=1,公差为d,前n项和为S.若S≤S 恒成
n 1 n n 8
立,则公差d的取值范围是______________.答案
解析 根据等差数列{a}的前n项和S 满足S≤S 恒成立,
n n n 8
可知a≥0且a≤0,
8 9
所以1+7d≥0且1+8d≤0,
解得-≤d≤-.
15.定义向量列a ,a ,a ,…,a 从第二项开始,每一项与它的前一项的差都等于同一个
1 2 3 n
常向量(即坐标都是常数的向量),即a =a +d(n≥2,且n∈N*),其中d为常向量,则称
n n-1
这个向量列{a}为等差向量列.这个常向量叫做等差向量列的公差向量,且向量列{a}的前
n n
n项和S =a +a +…+a.已知等差向量列{a}满足a =(1,1),a +a =(6,10),则向量列{a}
n 1 2 n n 1 2 4 n
的前n项和S=____________________.
n
答案
解析 因为向量线性运算的坐标运算,是向量的横坐标、纵坐标分别进行对应的线性运算,
则等差数列的性质在等差向量列里面也适用,由等差数列的等差中项的性质知2a =a +a
3 2 4
=(6,10),解得a=(3,5),
3
则等差向量列{a}的公差向量为d=====(1,2),
n
由等差数列的通项公式可得等差向量列{a}的通项公式为a=a+(n-1)d
n n 1
=(1,1)+(n-1)(1,2)=(1,1)+(n-1,2n-2)
=(1+n-1,1+2n-2)=(n,2n-1),
由等差数列的前n项和公式,可得等差向量列{a}的前n项和S=
n n
==
==.
16.在等差数列{a}中,a+a=4,a+a=6.
n 3 4 5 7
(1)求{a}的通项公式;
n
(2)设{b}=[a],求数列{b}的前10项和,其中[x]表示不超过x的最大整数,如[0.9]=0,
n n n
[2.6]=2.
解 (1)设数列{a}的公差为d,由题意得2a+5d=4,a+5d=3,解得a=1,d=,
n 1 1 1
所以{a}的通项公式为a=.
n n
(2)由(1)知,b=,
n
当n=1,2,3时,1≤<2,b=1;
n
当n=4,5时,2<<3,b=2;
n
当n=6,7,8时,3≤<4,b=3;
n
当n=9,10时,4<<5,b=4.
n
所以数列{b}的前10项和为1×3+2×2+3×3+4×2=24.
n