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微专题22 数列中的最值、范围问题_2025年新高考资料_二轮复习_2025届高考数学二轮复习课件+练习_2025届高中数学二轮复习板块三数列微专题22 数列中的最值、范围问题(课件+练习)
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24 页
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微专题 22 数列中的最值、范围问题 高考定位 近几年高考试题中,与数列有关的最值范围问题既有解答题,也有选 择、填空题,难度中档或偏上. 【真题体验】 1.(2024·上海卷)等比数列{a }的首项 a >0,公比 q>1,记 I ={x-y|x,y∈[a , n 1 n 1 a ]∪[a ,a ]},若对任意正整数n,I 是闭区间,则q的取值范围是________. 2 n n+1 n 2.(2021·浙江卷)已知数列{a }的前n项和为S ,a =-,且4S =3S -9(n∈N*). n n 1 n+1 n (1)求数列{a }的通项公式; n (2)设数列{b }满足3b +(n-4)a =0(n∈N*),记{b }的前n项和为T .若T ≤λb 对 n n n n n n n 任意n∈N*恒成立,求实数λ的取值范围. 【热点突破】 热点一 求数列和式的最值、范围 求数列和式最值、范围的基本方法 (1)利用不等式组(n≥2)确定和式的最大值; 利用不等式组(n≥2)确定和式的最小值. (2)利用和式的单调性. (3)把数列的和式看作函数求其最值、值域. 例 1 设数列{a }的前 n 项积为 T ,满足 T T +2T =2T (n∈N*,n≥2),且 n n n n-1 n n-1 a ≠0,a =. n 1 (1)求数列{a }的通项公式a ; n n (2)若数列{b }满足b =a +,求数列{b }的前n项和S 的最值. n n n n n 训练1 (2024·成都诊断)已知数列{a }是首项等于的等比数列,公比q∈N*,S 是 n n它的前n项和,满足S =5S . 4 2 (1)求数列{a }的通项公式; n (2)设b =log a (a>0且a≠1),求数列{b }的前n项和T 的最值. n a n n n 例2 已知数列{a }是递增的等比数列.设其公比为q,前n项和为S ,且满足a + n n 1 a =34,8是a 与a 的等比中项. 5 2 4 (1)求数列{a }的通项公式; n (2)若b =n·a ,T 是{b }的前n项和,求使T -n·2n+1>-100成立的最大正整数n n n n n n 的值. 训练2 (2024·南昌调研)已知数列{a }和{b }满足a +b =2n+1,且{b }满足b= n n n n n b ·b ,a =1,a =-1. n n+2 2 3 (1)求数列{a }、{b }的通项公式; n n (2)设数列{a }的前n项和为S ,求当S +2n+1≥50时,正整数n的最小值. n n n 热点三 求数列不等式中参数的取值范围 此类问题以数列为载体,一般涉及数列的求和,考查不等式的恒成立问题,可转 化为函数的最值问题. 例3 (2024·福州质检)已知数列{a }的前 n项和为 S ,a =1,a =S +2n+1, n n 1 n+1 n n∈N*. (1)求证:数列是等差数列; (2)设b =,{b }的前n项和为T . n n n ①求T ; n ②若对任意的正整数n,不等式5-T <λ·2n恒成立,求实数λ的取值范围. n 训练3 已知数列{a }中,a =1+(a≠0). n n (1)若a=-7,求数列{a }中的最大项和最小项的值; n (2)若对任意的n∈N*,都有a ≤a 成立,求a的取值范围. n 6 【精准强化练】 一、单选题1.已知数列{a }是等比数列,若 a ·a >1,01,n的最大值为( ) n A.10 B.11 C.20 D.21 2.(2024·合肥调研)已知数列{a }满足a =1,na =(n+1)a +1,令b =,若对 n 1 n+1 n n 于任意n∈N*,不等式b <4-2t恒成立,则实数t的取值范围为( ) n+1 A. B.(-∞,-1] C.(-∞,0] D.(-∞,1] 3.若数列{a }的前n项积b =1-n,则a 的最大值与最小值之和为( ) n n n A.- B. C.2 D. 4.已知等差数列{a },其前n项和为S ,S 有最小值.若<-1,则使S <0成立的n n n n n 的最大值为( ) A.17 B.16 C.15 D.14 5.(2024·武汉调研)已知S 是等比数列{a }的前n项和,S =7,S =63,若关于n n n 3 6 的不等式S -ta +33≥0对任意的n∈N*恒成立,则实数t的最大值为( ) 2n n A.12 B.16 C.24 D.36 6.在数列{a }中,a =1,a -a =n,则的最小值是( ) n 1 n n-1 A. B. C.1 D. 7.(2024·郑州调研)如果数列{a }对任意的n∈N*均有a +a >2a 恒成立,那么 n n+2 n n+1 称数列{a }为“M-数列”,下列数列是“M-数列”的是( ) n A.a =2n-1 B.a =-3n n n C.a =n×2n D.a =n2× n n 二、多选题 8. 已知等差数列{a }的前n项和为S ,公差d≠0.若S ≤S ,则下列结论正确的 n n n 6是( ) A.a <0 B.d<0 1 C.a =0 D.S ≤0 6 13 9.(2024·济南调研)已知各项都是正数的数列{a }的前n项和为S ,且S =+,则 n n n 下列结论正确的是( ) A.当m>n(m,n∈N*)时,a >a m n B.S +S <2S n n+2 n+1 C.数列{S}是等差数列 D.S -≥ln n n 三、填空题 10.等差数列{a }的前n项和为S ,且a -a =8,a +a =26,若存在正整数m, n n 4 2 3 5 使得对一切n∈N,n≥1,≤m都成立,则m的最小值是________. 11.(2024·南京调研)已知等差数列{a }满足a =-1,a +a =-12,则数列{a } n 3 4 12 n 的通项公式a =________;若数列的前n项和为S ,则使S >的最大正整数n为 n n n ________. 12.若x=1是函数f(x)=a x4-a x3-a x+1的极值点,数列{a }满足a =1,a n+1 n n+2 n 1 2 =3,设b =log a ,记[x]表示不超过x的最大整数.设S =,若不等式S ≥t, n 3 n+1 n n 对∀n∈N*恒成立,则实数t的最大值为________. 四、解答题 13.已知等差数列{a }与正项等比数列{b }满足a =b =2,b =a =a +a . n n 1 1 3 7 2 4 (1)求数列{a }和{b }的通项公式; n n (2)记数列{a }的前20项的和为S ,数列{b }的前n项和为T ,求满足T ≥S 的 n 20 n n n 20 n的最小值. 14.(2024·宁波调研)已知数列{a }满足:a =a +,且a =-.设{a }的前n项和为 n n+1 n 1 n T ,b =3n·a . n n n (1)证明:{b }是等差数列; n (2)求T ; n (3)若不等式T +≤ta 对n∈N*恒成立,求实数t的取值范围. n n【解析版】 1.(2024·上海卷)等比数列{a }的首项 a >0,公比 q>1,记 I ={x-y|x,y∈[a , n 1 n 1 a ]∪[a ,a ]},若对任意正整数n,I 是闭区间,则q的取值范围是________. 2 n n+1 n 答案 [2,+∞) 解析 显然等比数列{a }递增,不妨设x≥y, n 若x,y∈[a ,a ],则x-y∈[0,a -a ], 1 2 2 1 若x,y∈[a ,a ],则x-y∈[0,a -a ], n n+1 n+1 n 若x∈[a ,a ],y∈[a ,a ], n n+1 1 2 则x-y∈[a -a ,a -a ], n 2 n+1 1 ∵对任意正整数n,I 都是闭区间, n ∴a -a ≤a -a ,如图, n 2 n+1 n 又a >0,∴qn-2qn-1+q≥0, 1 即qn-2(q-2)+1≥0,对任意正整数n,上式都成立,则必有q≥2. 2.(2021·浙江卷)已知数列{a }的前n项和为S ,a =-,且4S =3S -9(n∈N*). n n 1 n+1 n (1)求数列{a }的通项公式; n (2)设数列{b }满足3b +(n-4)a =0(n∈N*),记{b }的前n项和为T .若T ≤λb 对 n n n n n n n 任意n∈N*恒成立,求实数λ的取值范围.解 (1)因为4S =3S -9, n+1 n 所以当n≥2时,4S =3S -9, n n-1 两式相减可得4a =3a ,即=. n+1 n 当n=1时,4S =4=--9, 2 解得a =-,所以=. 2 所以数列{a }是首项为-, n 公比为的等比数列, 所以a =-×=-. n (2)因为3b +(n-4)a =0, n n 所以b =(n-4)·. n 所以T =-3×-2×-1×+0×+…+(n-4)·,① n 所以T =-3×-2×-1×+0×+…+(n-5)·+(n-4)·,② n ①-②得T =-3×+++…+-(n-4)· n =-+-(n-4)· =-n·, 所以T =-4n·. n 因为T ≤λb 对任意n∈N*恒成立, n n 所以-4n·≤λ(n-4)·恒成立,所以(λ+3)n-4λ≥0. 记f(n)=(λ+3)n-4λ(n∈N*), 所以解得-3≤λ≤1. 所以λ的取值范围是[-3,1]. 【热点突破】 热点一 求数列和式的最值、范围 求数列和式最值、范围的基本方法 (1)利用不等式组(n≥2)确定和式的最大值; 利用不等式组(n≥2)确定和式的最小值. (2)利用和式的单调性. (3)把数列的和式看作函数求其最值、值域. 例 1 设数列{a }的前 n 项积为 T ,满足 T T +2T =2T (n∈N*,n≥2),且 n n n n-1 n n-1 a ≠0,a =. n 1 (1)求数列{a }的通项公式a ; n n (2)若数列{b }满足b =a +,求数列{b }的前n项和S 的最值. n n n n n 解 (1)由T T +2T =2T , n n-1 n n-1 得-=. 又==,所以=+(n-1)=,所以T =, n 所以a ==(n≥2), n因为n=1,a =符合上式,所以a =. 1 n (2)由(1)知,a =, n 所以b =a +=+=-+2. n n 所以S =b +b +…+b =++…+ n 1 2 n =-+2n, 显然S =-+2n在n∈N*上单调递增, n 所以当n=1时,S 的最小值是,无最大值. n 易错提醒 利用数列和式的单调性求其最值.要首先判断其单调性,且注意数列 中的n≥1且n∈N. 训练1 (2024·成都诊断)已知数列{a }是首项等于的等比数列,公比q∈N*,S 是 n n 它的前n项和,满足S =5S . 4 2 (1)求数列{a }的通项公式; n (2)设b =log a (a>0且a≠1),求数列{b }的前n项和T 的最值. n a n n n 解 (1)公比q∈N*,∵S =5S ,q≠1, 4 2 ∴=,解得q=2. ∴a =×2n-1=2n-5. n (2)b =log a =(n-5)log 2, n a n a ∴数列{b }的前n项和T =log 2 n n a =log 2, a 当a>1时,(T ) =T =T =-10log 2,无最大值; n min 4 5 a当0-100成立的最大正整数n n n n n n 的值. 解 (1)因为8是a 与a 的等比中项, 2 4 所以a a =82=64, 2 4 则由题意得即 解得或 因为数列{a }是递增的等比数列 , n 所以即a =2,q=2, 1 所以a =a qn-1=2×2n-1=2n. n 1 (2)由(1)得b =n·a =n×2n, n n 则T =b +b +b +…+b =1×21+2×22+3×23+…+n×2n,① n 1 2 3 n 2T =1×22+2×23+3×24+…+n×2n+1,② n由①-②得-T =21+22+23+…+2n-n×2n+1, n 即T =n×2n+1-=(n-1)2n+1+2, n 所以T -n·2n+1=(n-1)2n+1+2-n·2n+1=2-2n+1. n 由T -n·2n+1>-100, n 得2-2n+1>-100, 即2n<51,由于25=32<51,26=64>51, 所以n≤5,即使T -n·2n+1>-100成立的最大正整数n的值为5. n 易错提醒 解答本题要首先正确求出T ,在求n的最值时要结合T -n·2n+1的单 n n 调性,同时注意n∈N*求解. 训练2 (2024·南昌调研)已知数列{a }和{b }满足a +b =2n+1,且{b }满足b= n n n n n b ·b ,a =1,a =-1. n n+2 2 3 (1)求数列{a }、{b }的通项公式; n n (2)设数列{a }的前n项和为S ,求当S +2n+1≥50时,正整数n的最小值. n n n 解 (1)∵b=b ·b , n n+2 ∴数列{b }为等比数列. n ∵a =1,a +b =5,∴b =4. 2 2 2 2 ∵a =-1,a +b =7,∴b =8, 3 3 3 3 ∴等比数列{b }的公比q==2, n ∴b =b qn-2=4×2n-2=2n, n 2 ∴a =2n+1-b =2n+1-2n. n n(2)由(1)知a =2n+1-2n, n 所以S =-=n(n+2)-2n+1+2, n ∴S +2n+1≥50可化为n2+2n-48≥0, n ∵n∈N*,解得n≥6, ∴正整数n的最小值为6. 热点三 求数列不等式中参数的取值范围 此类问题以数列为载体,一般涉及数列的求和,考查不等式的恒成立问题,可转 化为函数的最值问题. 例3 (2024·福州质检)已知数列{a }的前 n项和为 S ,a =1,a =S +2n+1, n n 1 n+1 n n∈N*. (1)求证:数列是等差数列; (2)设b =,{b }的前n项和为T . n n n ①求T ; n ②若对任意的正整数n,不等式5-T <λ·2n恒成立,求实数λ的取值范围. n (1)证明 因为a =S +2n+1, n+1 n 所以S -S =S +2n+1, n+1 n n 所以S =2S +2n+1,所以=+1, n+1 n 所以-=1, 所以是公差为1的等差数列.(2)解 ①因为==, 所以=+(n-1)×1=, 所以S =(2n-1)·2n-1, n ∴b ==·, n ∴T =×+×+×+…+×, n ∴T =×+×+×+…+×, n 两式相减得T =+++…+-×, n ∴T =+-×,所以T =-×, n n ∴T =5-(2n+5)×. n ②∵5-T <λ·2n对任意的n∈N*恒成立, n ∴(2n+5)·<λ·2n, 则λ>对任意的n∈N*恒成立, 令C =, n ∴C -C =-==<0, n+1 n ∴{C }为递减数列,则当n=1时,(C ) =, n n max ∴λ>. 易错提醒 求数列不等式中参数的取值范围问题要看清楚是恒成立,还是有解问 题,若f(n)≥M恒成立,则f(n) ≥M;若f(n)≥M有解,则f(n) ≥M. min max 训练3 已知数列{a }中,a =1+(a≠0). n n (1)若a=-7,求数列{a }中的最大项和最小项的值; n(2)若对任意的n∈N*,都有a ≤a 成立,求a的取值范围. n 6 解 (1)∵a =1+, n 又a=-7,∴a =1+. n 结合函数f(x)=1+的单调性, 可知1>a >a >a >a ,a >a >a >…>a >1. 1 2 3 4 5 6 7 n ∴数列{a }中的最大项为a =2,最小项为a =0. n 5 4 (2)a =1+=1+, n 已知对任意的n∈N*,都有a ≤a 成立, n 6 结合函数f(x)=1+的单调性, 可知5<<6,即-101,01,n的最大值为( ) n A.10 B.11 C.20 D.21 答案 C 解析 数列{a }是等比数列,a ·a >1,01, 9 12 T =a ·a …a ·a ·a =a<1, 21 1 2 19 20 21所以使T >1的n的最大值为20. n 2.(2024·合肥调研)已知数列{a }满足a =1,na =(n+1)a +1,令b =,若对 n 1 n+1 n n 于任意n∈N*,不等式b <4-2t恒成立,则实数t的取值范围为( ) n+1 A. B.(-∞,-1] C.(-∞,0] D.(-∞,1] 答案 D 解析 ∵na =(n+1)a +1, n+1 n 则=+=+- ∴b -b =-, n+1 n 又∵b =(b -b )+(b -b )+…+(b -b )+b n+1 n+1 n n n-1 2 1 1 ∴b =++…++1=2-<2, n+1 由题意可得2≤4-2t,则2t≤2,∴t≤1. 3.若数列{a }的前n项积b =1-n,则a 的最大值与最小值之和为( ) n n n A.- B. C.2 D. 答案 C 解析 ∵数列{a }的前n项积b =1-n, n n 当n=1时,a =; 1 当n≥2时,b =1-(n-1), n-1 a ====1+, n 当n=1时也适合上式,∴a =1+. n当n≤4时,数列{a }单调递减,且a <1; n n 当n≥5时,数列{a }单调递减,且a >1, n n 故a 的最大值为a =3,最小值为a =-1, n 5 4 ∴a 的最大值与最小值之和为2,故选C. n 4.已知等差数列{a },其前n项和为S ,S 有最小值.若<-1,则使S <0成立的n n n n n 的最大值为( ) A.17 B.16 C.15 D.14 答案 C 解析 因为等差数列{a }的前 n项和 S 有最小值,所以 a <0,公差 d>0,所以 n n 1 a >a . 9 8 因为<-1,所以a <0,a >0,且a +a >0, 8 9 9 8 所以S ==>0, 16 S ==15a <0, 15 8 所以当1≤n≤15时,S <0, n 所以使S <0成立的n的最大值为15. n 5.(2024·武汉调研)已知S 是等比数列{a }的前n项和,S =7,S =63,若关于n n n 3 6 的不等式S -ta +33≥0对任意的n∈N*恒成立,则实数t的最大值为( ) 2n n A.12 B.16 C.24 D.36 答案 C 解析 设等比数列{a }的公比为q(q≠1), n则S ==7,S ==63, 3 6 解得q=2,a =1, 1 ∴a =2n-1,S =22n-1, n 2n ∴关于n的不等式S -ta +33≥0, 2n n 即22n-t×2n-1+32≥0, 即t≤2n+1+对任意的n∈N*恒成立. 法一 设f(n)=2n+1+,n∈N*, 则f(n+1)-f(n)=2n+2+-=2n+1-, 当n=2时,f(n+1)-f(n)=0, 当n=1时,f(n+1)-f(n)<0, 当n≥3时,f(n+1)-f(n)>0, 又f(2)=f(3)=24, ∴当n=2或n=3时,f(n) =24 , min ∴t≤24,t =24. max 故选C. 法二 由2x+1+≥2=16, 当且仅当2x+1=,即x=时等号成立, 又n∈N*,∴当n=2或n=3时,2n+1+取得最小值24, 故t≤24,t =24. max 6.在数列{a }中,a =1,a -a =n,则的最小值是( ) n 1 n n-1 A. B. C.1 D. 答案 C 解析 当n≥ 2时,a =(a -a )+(a -a )+…+(a -a )+a =, n n n-1 n-1 n-2 2 1 1 当n=1时,a =1满足上式, 1 则==. 因为n∈N*,n+1≥2, 所以(n+1)+≥3,则(n+1)+-1≥2, 故≥×2=1,当且仅当n=1时,等号成立.故选C. 7.(2024·郑州调研)如果数列{a }对任意的n∈N*均有a +a >2a 恒成立,那么 n n+2 n n+1 称数列{a }为“M-数列”,下列数列是“M-数列”的是( ) n A.a =2n-1 B.a =-3n n n C.a =n×2n D.a =n2× n n 答案 C 解析 若a =2n-1,则a +a -2a =2n+3+2n-1-2(2n+1)=0, n n+2 n n+1 即a +a =2a ,不满足条件,不是“M-数列”; n+2 n n+1 若a =-3n,则a +a -2a =-(3n+2+3n-2×3n+1)=-4×3n<0, n n+2 n n+1 即a +a <2a ,不满足条件,不是“M-数列”; n+2 n n+1若 a =n×2n,则 a +a -2a =(n+2)×2n+2+n×2n-2(n+1)×2n+1=(n+ n n+2 n n+1 4)×2n>0, 即a +a >2a ,满足条件,则是“M-数列”; n+2 n n+1 若a =n2×,则a +a -2a =(n+2)2×+n2×-2(n+1)2× n n+2 n n+1 =× =×, 当n=1,2,3时,a +a <2a ,不满足条件,不是“M-数列”.故选C. n+2 n n+1 二、多选题 8. 已知等差数列{a }的前n项和为S ,公差d≠0.若S ≤S ,则下列结论正确的 n n n 6 是( ) A.a <0 B.d<0 1 C.a =0 D.S ≤0 6 13 答案 BD 解析 因为S ≤S ,所以S ≤S 且S ≤S , n 6 5 6 7 6 即a =S -S ≥0,a =S -S ≤0, 6 6 5 7 7 6 因为d≠0,即a ,a 不同时为零 , 6 7 所以d=a -a <0,故B正确; 7 6 因为a ≥0,即a +5d≥0, 6 1 所以a >0,故A错误; 1 S ==13a ≤0,故D正确; 13 7a 不一定为零,故C错误. 6 9.(2024·济南调研)已知各项都是正数的数列{a }的前n项和为S ,且S =+,则 n n n 下列结论正确的是( ) A.当m>n(m,n∈N*)时,a >a m n B.S +S <2S n n+2 n+1 C.数列{S}是等差数列 D.S -≥ln n n 答案 BCD 解析 对于A,由题意可知a =+,得a=1,所以a =1, 1 1 由a +a =+,得a+2a -1=0, 1 2 2 所以a =-1的最大正整数n为 n n n ________. 答案 2-n 5 解析 设等差数列的公差为d,由已知可得 解得 故数列{a }的通项公式为a =2-n. n n 由S =a ++…+, n 1 有=++…+. 两式相减得 =a ++…+- 1=1-- =1--=. 所以S =,由S =>,得00), n n 因为a =b =2,b =a =a +a , 1 1 3 7 2 4 所以2q2=2+6d=2+d+2+3d, 解得d=1,q=2, 所以数列{a }的通项公式为a =n+1,数列{b }的通项公式为b =2n. n n n n (2)由(1)得S ==230, 20 T ==2n+1-2, n 所以T ≥S ,即为2n+1-2≥230, n 20 即为2n≥116. 因为y=2x单调递增,26=64<116<128=27, 所以满足2n≥116的正整数n的最小值为7. 14.(2024·宁波调研)已知数列{a }满足:a =a +,且a =-.设{a }的前n项和为 n n+1 n 1 n T ,b =3n·a . n n n (1)证明:{b }是等差数列; n (2)求T ; n(3)若不等式T +≤ta 对n∈N*恒成立,求实数t的取值范围. n n (1)证明 因为b =3n·a , n n 所以b =3n+1·a , n+1 n+1 b -b =3n+1·a -3n·a n+1 n n+1 n =3n+1-3n·a =1, n 且b =-2,所以b 是以-2为首项,且公差为1的等差数列,即b =n-3. 1 n n (2)解 由(1)知,b =n-3, n 所以a ==·(n-3). n 则T =(-2)·+(-1)·+0·+…+(n-4)·+(n-3)·,于是T =(-2)·+(-1)·+0·+…+(n- n n 4)·+(n-3)·, 两式相减得T =-++++…+-(n-3)· n =-+-(n-3)·=--·, 因此T =--·. n (3)解 由T +≤ta , n n 得-·≤t(n-3)·, 依题意,t(n-3)≥对n∈N*恒成立, 当1≤n<3时,t≤=--×, --×≥-,则t≤-;当n=3时,不等式恒成立; 当n>3时,t≥=--×,--×<-, 则t≥-,于是-≤t≤-, 综上,实数t的取值范围是.