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A
版
高 考 数
学
/
78
7.4 数列求和、数列的综合
§
求和 再合并 形如
, , :
{ a 是等差数列
a b 其中 { n} ,
(1){ n+ n}, b 是等比数列
考点一 数列求和 { n} ;
{f n n k k N∗
1.公式法 (2) a n= g ( n ), n =2 k -1 k , ∈ N∗. ,
直接用等差 等比数列的求和公式求解. ( ), =2 , ∈
(1) 、
掌握一些常见的数列的前n项和公式 考点二 数列的综合应用
(2) :
n(n ) 1.解答数列应用题的基本步骤
n +1
1+2+3+…+ =① ;
2 审题 仔细阅读材料 认真理解题意
(1) ——— , ;
2+4+6+…+2
n
=②
n2
+
n
; 建模 将已知条件翻译成数学 数列 语言 将实际
(2) ——— ( ) ,
1+3+5+…+(2
n
-1)=
n2
; 问题转化成数学问题 弄清该数列的特征以及要求什么
, ;
n n n
1 2 +2 2 +3 2 +…+ n2 = ( +1)(2 +1) ; (3) 求解 ——— 求出该问题的数学解 ;
6 还原 将所求结果还原到实际问题中.
3 3 3 n3 [n ( n +1) ] 2 . 2 ( . 4 数 ) 列应 — 用 —— 题常见模型
1 +2 +3 +…+ =
2 等差模型 如果增加 或减少 的量是一个固定值 那么
2.倒序相加法 (1) : ( ) ,
该模型是等差模型 增加 或减少 的量就是公差.其一般形式是
如果一个数列 a 与首末两端等 距离 的两项的和相等或 , ( )
{ n}, “ ” a a d 常数 .
等于同一常数 那么求这个数列的前n项和即可用倒序相加法. n +1- n= ( )
, 等比模型 如果后一个量与前一个量的比是一个固定的
3.错位相减法 (2) :
数 那么该模型是等比模型 这个固定的数就是公比.其一般形式
如果一个数列的各项是由一个等差数列和一个等比数列的 , ,
a
对应项之积构成的 那么这个数列的前n项和即可用此法来求. 是 n +1 q q为常数 且q .
, a = ( , ≠0)
4.裂项相消法 n
混合模型 在一个问题中同时涉及等比数列和等差数列
把数列的通项拆成两项之差 在求和时中间的一些项可以 (3) :
, 的模型.
相互抵消 从而求得其和.
, 生长模型 如果某一个量 每一期以一个固定的百分数
常见的拆项公式 (4) : ,
: 增加 或减少 同时又以一个固定的具体量增加 或减少 称
( ), ( ),
1 1 1 该模型为生长模型 如分期付款问题 树木的生长与砍伐问题等.
(1)n n =③ n -n ; , ,
( +1) +1 如设贷款总额为a 年利率为r 等额还款数为b 分n期还完 则
( ) , , , ,
1 1 1 1 r r n
(2) n n =④ n - n ; b (1+ ) a.
(2 -1)(2 +1) 2 2 -1 2 +1 = r n
(1+ ) -1
1 n n. 递推模型 如果容易推导该数列任意一项a 与它的前
(3) n n = +1- (5) : n
+ +1 一项a n 或前几项 间的递推关系式 那么我们可以用
5.分组求和法 n -1( ≥2)( ) ,
数列的知识求解.
有一类数列 既不是等差数列 也不是等比数列 若将这类
, , ,
数列适当拆开 可分为几个等差 等比或常见的数列 即先分别
, 、 ,
(2) 由已知条件可得 b n= n ·2 n +1 -2 n , 用分组 、 错位相减法
求和.
解析 ( )当n 时,S a ,得a ;
考法一 错位相减法求和 1 =1 1=2 1-1 1=1
{S a n,
{ a n} ( 的
例
1) 前
1
求 n 数 项 列
(
和
2
{
0
为 a
2
n
1
} S 的 n
届
, S 通
浙
n 项 =
江
2 公 a
嘉
n 式 -
兴
n ; ,
9
n ∈
月
N
教
∗.
学测试,20)已知数列
变形
当
∴ 得 数 (
n
a
≥
列 n+
2
{ 1 a
时
) n = +
,
2 1 ( }
S
a 是 n
n
- n
=
1 - 等 1 =
2
+ 2 比 1
n a
)
-
n 数 - , 1- 列
(
,
n
且 -1 公
),
比
两
为
式
2
相
.
减得a n=2 a n -1+1 ,
(2) 令b n=2 na n, 求数列 { b n} 的前n项和T n . 又 ∵ a 1+1=2 , ∴ a n+1=2 n, ∴ a n=2 n -1 .
解题导引 (1) 根据a n 与S n 的关系求得a n=2 a n -1+1, a 1= ( 2 )b n=2 na n=2 n( 2 n -1 ) = n· 2 n +1 -2 n,
1 .然后求得 { a n+1} 为等比数列 , 求出a n . 于是T n= b 1+ b 2+ … + b n= ( 1×2 2 -2 ) + ( 2×2 3 -4 ) + … + (n ×2 n +1
专
题
七
数
列
/
79
n) ( 2 3 … n n +1) ( … n), S S d
-2 = 1×2 +2×2 + + ×2 -2 1+2+ + 所以 2020 2017 3 ,
令A n=1×2 2 +2×2 3 + … + n· 2 n +1,即T n= A n- n(n +1 ). 2020 - 2017 = 2 =3
2
A
A
n
n
=
=
1
1
×
×
2
2
2 +
3 +
2
2
×
×
2
2
3 +
4 +
…
…
+
+
(
(
n
n
-
-
1
1
)
)
·
·
2
2
n +
n +
n
1
·
+ n
2
·
n +
2
1,
n +
①
2, ②
所以d
=2
.故 S
n
n
=
n,所以S
n=
n2.
①-② 得 - A n=2 2 +2 3 + … +2 n +1 - n· 2 n +2 = 4 ( 1 1 - - 2 2 n) - n· 2 n +2 1 ,n ∈ 当 N n ∗ ≥ .数 2 列 时 { , b a n n } = 对 S 任 n- 意 S n - 正 1= 整 2 数 n - n 1 , 满 n = 足 1 T 时 n= 也 2- 满 b n 足 , ,故a n=2 n -
=-4+2 n +2 - n· 2 n +2 =- (n -1 )· 2 n +2 -4 , 当n =1 时,b 1= T 1=2- b 1 ,解得b 1=1 ;
∴ A n= (n -1 )· 2 n +2 +4 , 当n ≥2 时,b n= T n- T n -1= ( 2- b n ) - ( 2- b n -1 ) = b n -1- b n ,
∴ T n= (n -1 )· 2 n +2 +4- n2 - n. 所以b n= 1 b n -1 (n ≥2 ),所以{b n }是首项为 1 ,公比为 1 的
方法总结 1.当数列 a 是等差数列 b 是等比数列时 2 2
{ n} ,{ n} , ( )n -1
求数列 { a n· b n} 的前n项和常采用错位相减法. 等比数列,故数列{b n }的通项公式为b n= 1 .
2
2.用错位相减法求和时 应注意
要善于识别题目类型 , 特别是 : 等比数列的公比为负数的 ( )由( )知 a n b n 2 n -1,
(1) , 2 1 = n
情形. 2 2
n n
所以S′ 1 3 5 … 2 -3 2 -1,
(2) 在写出 “ S n” 与 “ qS n” 的表达式时应特别注意将两式 “ 错 n= 2 + 2 2 + 2 3 + + 2 n -1 + 2 n ①
项对齐 ”, 以便于下一步准确地写出 “ S n- qS n” 的表达式. 1 S′ 1 3 … 2 n -3 2 n -1,
(3) 应用等比数列求和公式必须注意公比q是否等于 1, 如 2 n= 2 2 + 2 3 + + 2 n + 2 n +1 ②
果q =1, 应用公式S n= na 1 . ,得 1 S′ 1 2 2 … 2 2 n -1 1 ( 1 1
经典例题教师用书 ①-② n= + 2 + 3 + + n- n +1 = + + 2 +
2 2 2 2 2 2 2 2 2
例 (2018河南、河北两省联考,18)已知数列 { a n} 的前n 1 [ ( 1 )n -1 ]
项和为S
n,
a
1=5,
nS
{ n + S 1- } (
n
+1)
S
n=
n2
+
n.
… + n 1 -1
)
- 2
n
n - +1 1 = 1 + 2
1-
2 - 2
n
n - +1 1 = 1 +1-
(
1
)n -1
-
求证 数列 n 为等差数列 2 2 2 1 2 2 2
(1) : n ;
1-
2
(2) 令b n=2 na n, 求数列 { b n} 的前n项和T n .
S S
2
2
n n -
+1
1,所以S′ n=3- 2 n
2
+ n 3.
解析 (
1
)证明:由nS
n +1-
(n
+1
)S
n=
n2
+
n得
n
+
n +
1
1
- n
n
=1
,
考法二 裂项相消法求和
S {S }
又 1 ,所以数列 n 是首项为 ,公差为 的等差数列. 例2 (2021届河南洛阳期中,18)已知数列 a 是递增
=5 n 5 1 { n}
1 的等差数列 首项a 前n项和为S 且S S S 成等
(
2
)由(
1
)可知
S
n
n
=5+
(n
-1
)
=
n
+4
,所以S
n=
n2
+4
n. 比数列.
, 1=3, n, 1+1, 2, 3+1
求数列 a 的通项公式
当n
≥2
时,a
n=
S
n-
S
n -1=
n2
+4
n
-
(n
-1
)2
-4
(n
-1
)
=2
n
+3
. (1) { n} ;
所 又 以 a 1 b = n 5 = 符 ( 2 合 n + 上 3 ) 式 2 , n, 所以a n=2 n +3 (n ∈ N∗), 和T n ( . 2) 令 b n =a n +1( a 1 n-2) ( n ∈ N∗ ), 求数列 { b n} 的前 n 项
2 所 所 T 以 以 n= T 5× n= 2 2 5 + × 得 7 2 × + 2 7 3 × + 2 9 2 × + 2 9 4 × + 2 … 3 + + … ( 2 + n ( + 2 1 n ) + 2 3 n ) + 2 ( n 2 , n +3 ) 2 n +1, ① ② 解 ∵ 析 等差 数 ( 1 列 )设 {a 等 n } 差 递 数 增 列 , ∴ {a d n > } 0 的 . 公差为d.
②-① S ,S ,S 成等比数列,
T n= ( 2 n +3 ) 2 n +1 -10- ( 2 3 +2 4 + … +2 n +1) ∵ ( 1 a +1 a 2 d) 3 2 +1 (a )(a a d a d ),
= ( 2 n +3 ) 2 n +1 -10- 2
3(
1 1 - - 2 2
n -1) ∴
又 ∵ d
1+
>0
1
,
+
a 1=3
=
, ∴ d
1+
=
1
2 . ∴ a
1
n
+
=
1
2
+
n +
+
1 ,
1
n
+
∈
2
N
+
∗
1
. ( )
= 例 = ( ( 2 2 n n ( + + 2 3 1 0 ) ) 2 2 2 0 n n + + 湖 1 1 - - 南 1 2 0 . 长 - ( 沙 2 n + 明 2 - 德 8 ) 中学3月月考,20)设等差数列 ∴ ( 2 T ) n ∵ ( = b b n 1+ = b a 2 n + +1 … (a 1 + n b - n 2 )=( 2 n +3 ) 1 ( 2 n -1 )= 4 1 2 n ) 1 -1 - 2 n 1 +3 ,
1 1 1 1 1 1 1 … 1 1
S S = - + - + - + + n - n
a 的前n项和为S 首项a 且 2020 2017 .数列 b 4 1 5 3 7 5 9 2 -1 2 +3
{ n} n, 1=1,
2020
-
2017
=3 { n}
1
(
1 1 1
)
4
n2
+5
n
.
的前n项和为T
n,
且满足T
n=2-
b
n(
n
∈
N∗
)
. =
4
1+
3
-
2
n
+1
-
2
n
+3
=
3
(
2
n
+1
)(
2
n
+3
)
求数列 a 和 b 的通项公式 方法总结 1.对于裂项后明显有能够相消的项的一类数
(1) { n} { n} ;
(2) 求数列 {a n b n } 的前n项和S′ n . 列 , 在 2 求 .利 和 用 时 裂 常 项 用 相 “ 消 裂 法 项 求 法 和 ”, 时 分式 应 型 注 数 意 列 抵 的 消 求 后 和 并 多 不 用 一 此 定 法 只 . 剩下
2 ,
解析 ( )设数列{a }的公差为d, 第一项和最后一项 也有可能前面剩两项 后面也剩两项.将通项
1 n , ,
n(n ) 裂项后 有时需要调整前面的系数 使裂开的两项之差和系数之
na -1 d , ,
因为 S n 1+ 2 a (n ) d , 积与原通项相等.
n = n = 1+ -1 经典例题教师用书
2
{S } a
所以 n 为一个等差数列, 例 已知数列a 的前n项和为S 且a S n +1 n . n n} n, 2=8, n= - -1
2
A
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高
考
数
学
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(1) 求数列 { a n} 的通项公式 ; 所以a n= a 2 ·qn -2 =2 n -1.
(2) 求数列
{
a 2 n × a 3 n
n}
的前n项和T n . ·q5
解法
a
二
·
:
q
设
4,所
等
以
比数
a q
列{a
. n
}的公比为q,由a
3
·a
4=2
a
5
知a2
1
+1 =2 1 1 =2
解析 ( 1 ) ∵ a 2=8 ,S n= a 2 n +1 - n -1 , 又因为S 6=9 S 3 ,所以q ≠1 ,故 a 1 ( 1 1 - - q q6) =9 · a 1 ( 1 1 - - q q3) ,
∴ ∴ ( 即 ∴ ∴ n ≥ 2 a a a 数 ) a 2 1 n n a n + 2 + 列 = + 1 n 时 × 1 1 + a S = { 3 n = 1 1 , + n a 3 = a 1 = 3 a n = n × 3 a + n 2 = ( 3 ( 2 + 1 S 3 n - a } 2 - n n n 1 , 2 是 - - + = 又 = S 1 1 等 3 2 n 2 ) ) - n a × , 1 ( 比 , , 2 = 3 3 ∴ = n 数 n a + 8 a 2 n 1 + 列 = n - 1 = - 1 3 , ) n × 3 且 - = n a - 1 1 首 3 + 1 - n . 2 1 项 - ç æ è , 1 a 2 ∴ 为 - n 3 - a a n n n + + 1 1 ö ø ÷ 1 1 + - , = 1 1 3 = . a 3 n , + 公 2 , 比 n ∈ 为 N 3 ∗ , , b n + 1= 所 由 ( 所 即 所 = b 2 n 1 以 以 以 + ) 1 a × 2 证 + , 1 ( b a a b q 2 1 明 n n n 3 + + 1 + = = 2 1 + a : b = a 9 1 2 当 n 1 b , b ) + · 1 2 2 解 × + · = n ( q … 得 = b 2 n b b n - 1 + 2 1 3 2 + 2 + q = 时 · - a = 1 b 2 n ) , 2 b n n b b + × - b , n 4 3 1 1 2 代 … , = . · = 所 b 入 × a … n 以 ( + 1 1 b · 2 a 可 1 b b n 1 = n n + q b b + + 知 n n 1 2 1 1 = + + . = ) 2 1 2 , . a , a n 解 1 + b 1 1 得 + + 1 a a = 2 1 b 2 = 2 n + + 1 . 1 … . + a n b n+ a n +1
{ n} 当n 时,
数列 2×3 的前n项和 ≥2
∴ a a n n
n n
+1 c 2 2
T n= æ è ç 3- 1 1 - 3 2 1 -1 ö ø ÷ + æ è ç 3 2 1 -1 - 3 3 1 -1 ö ø ÷ + … + æ è ç 3 n 1 -1 - 3 n + 1 1 -1 ö ø ÷ = 2 1 n=b n +2 =( 2 1 +1 1 ) × ( 2 2 +1 ) × … × ( 2 n +1 ) 1 .
- n + 1 1 . =( 2 1 +1 ) × ( 2 2 +1 ) × … × ( 2 n -1 +1 )-( 2 1 +1 ) × ( 2 2 +1 ) × … × ( 2 n +1 )
3 -1 又c 2 2 ,
例 (2019浙江嵊州期末,20)已知等比数列
{
a
n}
的前 n 1=b
3
=
3
项和为S n, 满足a 3· a 4=2 a 5, S 6=9 S 3, 数列 { b n} 的首项为 1, 且 所以c 1+ c 2+ … + c 2019
a 1 b 1+ ( a 1 2 ) b 求 2+ 数 … 列 + a { n b a n n = } 的 b n + 通 1( 项 n ∈ 公 N 式 ∗ ) ; . = 3 2 + é ë ê ê 2+ 1 1 - ( 2 1 +1 ) × 1 ( 2 2 +1 ) ù û ú ú + … +
n
(2) 设c n=b 2
n +2
, 证明 : c 1+ c 2+…+ c 2019<1 . é
ë
ê ê
( 1 ) ( 2 )
1
… ( 2018 ) -
解析 ( )解法一:因为{a }是等比数列,所以a ·a a 2 +1 × 2 +1 × × 2 +1
1 n 3 4= 2 ù é
·a ,所以a . 1 ú ú 2 ê ê 1
5 2=2 ( 1 ) ( 2 ) … ( 2019 ) û = + ë -
又因为S S ,所以a a a S S S . 2 +1 × 2 +1 × × 2 +1 3 3
6=9 3 4+ 5+ 6= 6- 3=8 3 ù
a a a ú
设等比数列{a n }的公比为q,则q3 = 4+ S 5+ 6 =8 ,解得q =2 . ( 2 1 +1 ) × ( 2 2 +1 ) 1 × … × ( 2 2019 +1 ) û ú <1 .
3