第1課時 等比數(shù)列的概念及通項公式
學習目標 1.通過實例,理解等比數(shù)列的概念.2.掌握等比中項的概念并會應用.3.掌握等比數(shù)列的通項公式并了解其推導過程.4.靈活應用等比數(shù)列通項公式的推廣形式及變形.
知識點一 等比數(shù)列的概念
1.定義:一般地,如果一個數(shù)列從第2項起,每一項與它的前一項的比都等于同一個常數(shù),那么這個數(shù)列叫做等比數(shù)列,這個常數(shù)叫做等比數(shù)列的公比,通常用字母q表示(q≠0).
2.遞推公式形式的定義:eq \f(an,an-1)=q(n∈N*且n>1)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(或\f(an+1,an)=q,n∈N*)).
思考 為什么等比數(shù)列的各項和公比q均不能為0?
答案 由于等比數(shù)列的每一項都可能作分母,故每一項均不能為0,因此q也不能為0.
知識點二 等比中項
如果在a與b中間插入一個數(shù)G,使a,G,b成等比數(shù)列,那么G叫做a與b的等比中項,此時,G2=ab.
思考 當G2=ab時,G一定是a,b的等比中項嗎?
答案 不一定,如數(shù)列0,0,5就不是等比數(shù)列.
知識點三 等比數(shù)列的通項公式
若等比數(shù)列{an}的首項為a1,公比為q,則an=a1qn-1(n∈N*).
知識點四 等比數(shù)列通項公式的推廣和變形
等比數(shù)列{an}的公比為q,則
an=a1qn-1①
=amqn-m②
=eq \f(a1,q)·qn.③
其中當②中m=1時,即化為①.
當③中q>0且q≠1時,y=eq \f(a1,q)·qx為指數(shù)型函數(shù).
1.數(shù)列1,-1,1,-1,…是等比數(shù)列.( √ )
2.若一個數(shù)列從第2項起每一項與前一項的比為常數(shù),則該數(shù)列為等比數(shù)列.( × )
3.等比數(shù)列的首項不能為零,但公比可以為零.( × )
4.常數(shù)列一定為等比數(shù)列.( × )
一、等比數(shù)列中的基本運算
例1 在等比數(shù)列{an}中:
(1)a1=1,a4=8,求an;
(2)an=625,n=4,q=5,求a1;
(3)a2+a5=18,a3+a6=9,an=1,求n.
解 (1)因為a4=a1q3,
所以8=q3,所以q=2,
所以an=a1qn-1=2n-1.
(2)a1=eq \f(an,qn-1)=eq \f(625,54-1)=5,
故a1=5.
(3) 因為eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a2+a5=a1q+a1q4=18, ①,a3+a6=a1q2+a1q5=9, ②))
由eq \f(②,①),得q=eq \f(1,2),從而a1=32.
又an=1,
所以32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))n-1=1,
即26-n=20,故n=6.
反思感悟 等比數(shù)列的通項公式涉及4個量a1,an,n,q,只要知道其中任意三個就能求出另外一個,在這四個量中,a1和q是等比數(shù)列的基本量,只要求出這兩個基本量,問題便迎刃而解.
跟蹤訓練1 在等比數(shù)列{an}中:
(1)若它的前三項分別為5,-15,45,求a5;
(2)若a4=2,a7=8,求an.
解 (1)因為a5=a1q4,而a1=5,
q=eq \f(a2,a1)=-3,
所以a5=405.
(2)因為eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a4=a1q3,,a7=a1q6,))
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1q3=2, ①,a1q6=8, ②))
由eq \f(②,①)得q3=4,
從而q=eq \r(3,4),而a1q3=2,
于是a1=eq \f(2,q3)=eq \f(1,2),
所以an=a1qn-1=
二、等比中項的應用
例2 如果-1,a,b,c,-9成等比數(shù)列,那么b=__________,ac=___________.
答案 -3 9
解析 因為b是-1,-9的等比中項,
所以b2=9,b=±3.
又等比數(shù)列奇數(shù)項符號相同,得b0).
跟蹤訓練2 在等比數(shù)列{an}中,a1=-16,a4=8,則a7等于( )
A.-4 B.±4 C.-2 D.±2
答案 A
解析 因為a4是a1與a7的等比中項,
所以aeq \\al(2,4)=a1a7,
即64=-16a7,故a7=-4.
三、等比數(shù)列通項公式的推廣及應用
例3 在等比數(shù)列{an}中.
(1)已知a3=4,a7=16,且q>0,求an;
(2)若{an}為遞增數(shù)列,且aeq \\al(2,5)=a10,2(an+an+2)=5an+1,求通項公式an.
解 (1)∵eq \f(a7,a3)=q7-3=q4=4,
∴q2=2,又q>0,∴q=eq \r(2),
∴an=a3·qn-3=4·(eq \r(2))n-3=(n∈N*).
(2)由aeq \\al(2,5)=a10=a5·q10-5,且a5≠0,
得a5=q5,即a1q4=q5,
又q≠0,∴a1=q.
由2(an+an+2)=5an+1得,2an(1+q2)=5qan,
∵an≠0,∴2(1+q2)=5q,
解得q=eq \f(1,2)或q=2.
∵a1=q,且{an}為遞增數(shù)列,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=2,,q=2.))
∴an=2·2n-1=2n(n∈N*).
反思感悟 (1)應用an=amqn-m,可以憑借任意已知項和公比直接寫出通項公式,不必再求a1.
(2)等比數(shù)列的單調(diào)性由a1,q共同確定,但只要單調(diào),必有q>0.
跟蹤訓練3 已知等比數(shù)列{an}滿足a1=3,a1+a3+a5=21,則a3+a5+a7等于( )
A.21 B.42 C.63 D.84
答案 B
解析 設等比數(shù)列{an}的公比為q,則由a1=3,a1+a3+a5=21得3(1+q2+q4)=21,解得q2=-3(舍去)或q2=2,于是a3+a5+a7=q2(a1+a3+a5)=2×21=42.
四、靈活設元求解等比數(shù)列問題
例4 (1)有四個數(shù)成等比數(shù)列,將這四個數(shù)分別減去1,1,4,13成等差數(shù)列,則這四個數(shù)的和是________.
答案 45
解析 (1)設這四個數(shù)分別為a,aq,aq2,aq3,
則a-1,aq-1,aq2-4,aq3-13成等差數(shù)列.
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2?aq-1?=?a-1?+?aq2-4?,,2?aq2-4?=?aq-1?+?aq3-13?,))
整理得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a?q-1?2=3,,aq?q-1?2=6,))
解得a=3,q=2.
因此這四個數(shù)分別是3,6,12,24,其和為45.
(2)有四個實數(shù),前三個數(shù)成等比數(shù)列,且它們的乘積為216,后三個數(shù)成等差數(shù)列,且它們的和為12,求這四個數(shù).
解 方法一 設前三個數(shù)分別為eq \f(a,q),a,aq,
則eq \f(a,q)·a·aq=216,
所以a3=216.所以a=6.
因此前三個數(shù)為eq \f(6,q),6,6q.
由題意知第4個數(shù)為12q-6.
所以6+6q+12q-6=12,
解得q=eq \f(2,3).
故所求的四個數(shù)為9,6,4,2.
方法二 設后三個數(shù)為4-d,4,4+d,
則第一個數(shù)為eq \f(1,4)(4-d)2,
由題意知eq \f(1,4)(4-d)2×(4-d)×4=216,
解得4-d=6.所以d=-2.
故所求得的四個數(shù)為9,6,4,2.
反思感悟 幾個數(shù)成等比數(shù)列的設法
(1)三個數(shù)成等比數(shù)列設為eq \f(a,q),a,aq.
推廣到一般:奇數(shù)個數(shù)成等比數(shù)列設為
…,eq \f(a,q2),eq \f(a,q),a,aq,aq2,…
(2)四個符號相同的數(shù)成等比數(shù)列設為
eq \f(a,q3),eq \f(a,q),aq,aq3.
推廣到一般:偶數(shù)個符號相同的數(shù)成等比數(shù)列設為
…,eq \f(a,q5),eq \f(a,q3),eq \f(a,q),aq,aq3,aq5,…
(3)四個數(shù)成等比數(shù)列,不能確定它們的符號是否相同時,可設為a,aq,aq2,aq3.
跟蹤訓練4 在2和20之間插入兩個數(shù),使前三個數(shù)成等比數(shù)列,后三個數(shù)成等差數(shù)列,則插入的兩個數(shù)的和為( )
A.-4或eq \f(35,2) B.4或eq \f(35,2)
C.4 D.eq \f(35,2)
答案 B
解析 設插入的第一個數(shù)為a,則插入的另一個數(shù)為eq \f(a2,2).
由a,eq \f(a2,2),20成等差數(shù)列得2×eq \f(a2,2)=a+20.
∴a2-a-20=0,解得a=-4或a=5.
當a=-4時,插入的兩個數(shù)的和為a+eq \f(a2,2)=4.
當a=5時,插入的兩個數(shù)的和為a+eq \f(a2,2)=eq \f(35,2).
1.在等比數(shù)列{an}中,若a2=4,a5=-32,則公比q應為( )
A.±eq \f(1,2) B.±2 C.eq \f(1,2) D.-2
答案 D
解析 因為eq \f(a5,a2)=q3=-8,故q=-2.
2.(多選)已知a是1,2的等差中項,b是-1,-16的等比中項,則ab等于( )
A.6 B.-6 C.-12 D.12
答案 AB
解析 ∵a=eq \f(1+2,2)=eq \f(3,2),b2=(-1)×(-16)=16,b=±4,
∴ab=±6.
3.若等比數(shù)列的首項為4,末項為128,公比為2,則這個數(shù)列的項數(shù)為( )
A.4 B.8 C.6 D.32
答案 C
解析 由等比數(shù)列的通項公式得,128=4×2n-1,2n-1=32,所以n=6.
4.等比數(shù)列{an}中,|a1|=1,a5=-8a2,a5>a2,則an等于( )
A.(-2)n-1 B.-(-2n-1)
C.(-2)n D.-(-2)n
答案 A
解析 設公比為q,則a1q4=-8a1q,
又a1≠0,q≠0,
所以q3=-8,q=-2,
又a5>a2,
所以a2<0,a5>0,
從而a1>0,即a1=1,
故an=(-2)n-1.
5.在等比數(shù)列{an}中,a1=-2,a3=-8,則數(shù)列{an}的公比為________,通項公式為an=______________.
答案 ±2 (-2)n或-2n
解析 ∵eq \f(a3,a1)=q2,
∴q2=eq \f(-8,-2)=4,即q=±2.
當q=-2時,an=a1qn-1=-2×(-2)n-1=(-2)n;
當q=2時,an=a1qn-1=-2×2n-1=-2n.
1.知識清單:
(1)等比數(shù)列的概念.
(2)等比數(shù)列的通項公式.
(3)等比中項的概念.
(4)等比數(shù)列的通項公式推廣.
2.方法歸納:方程(組)思想、構造法、等比數(shù)列的設法.
3.常見誤區(qū):
(1)x,G,y成等比數(shù)列?G2=xy,但G2=xy?x,G,y成等比數(shù)列.
(2)四個數(shù)成等比數(shù)列時設成eq \f(a,q3),eq \f(a,q),aq,aq3,未考慮公比為負的情況.
(3)忽視了等比數(shù)列中所有奇數(shù)項符號相同,所有偶數(shù)項符號相同而出錯.
1.在數(shù)列{an}中,若an+1=3an,a1=2,則a4為( )
A.108 B.54 C.36 D.18
答案 B
解析 因為an+1=3an,
所以數(shù)列{an}是公比為3的等比數(shù)列,
則a4=33a1=54.
2.(多選)在等比數(shù)列{an}中,a1=eq \f(1,8),q=2,則a4與a8的等比中項為( )
A.-4 B.4 C.-eq \f(1,4) D.eq \f(1,4)
答案 AB
解析 由題意得aeq \\al(2,6)=a4a8,
因為a1=eq \f(1,8),q=2,
所以a4與a8的等比中項為±a6=±4.
3.在等比數(shù)列{an}中,an>0,且a1+a2=1,a3+a4=9,則a4+a5的值為( )
A.16 B.27 C.36 D.81
答案 B
解析 ∵a1+a2=1,a3+a4=9,∴q2=9.
∴q=3(q=-3舍去),∴a4+a5=(a3+a4)q=27.
4.數(shù)列{an}是公差不為0的等差數(shù)列,且a1,a3,a7為等比數(shù)列{bn}的連續(xù)三項,則數(shù)列{bn}的公比為( )
A.eq \r(2) B.4 C.2 D.eq \f(1,2)
答案 C
解析 因為a1,a3,a7為等比數(shù)列{bn}中的連續(xù)三項,
所以aeq \\al(2,3)=a1a7,
設數(shù)列{an}的公差為d,則d≠0,
所以(a1+2d)2=a1(a1+6d),
所以a1=2d,
所以公比q=eq \f(a3,a1)=eq \f(4d,2d)=2.
5.若正項數(shù)列{an}滿足a1=2,aeq \\al(2,n+1)-3an+1an-4aeq \\al(2,n)=0,則數(shù)列{an}的通項公式an等于( )
A.22n-1 B.2n C.22n+1 D.22n-3
答案 A
解析 由aeq \\al(2,n+1)-3an+1an-4aeq \\al(2,n)=0,
得(an+1-4an)·(an+1+an)=0.
又{an}是正項數(shù)列,
所以an+1-4an=0,eq \f(an+1,an)=4.
由等比數(shù)列的定義知數(shù)列{an}是以2為首項,
4為公比的等比數(shù)列.由等比數(shù)列的通項公式,
得an=2×4n-1=22n-1.
6.若{an}為等比數(shù)列,且a3+a4=4,a2=2,則公比q=________.
答案 1或-2
解析 根據(jù)題意,eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1q2+a1q3=4,,a1q=2,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=2,,q=1))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=-1,,q=-2.))
7.已知{an}是等差數(shù)列,公差d不為零.若a2,a3,a7成等比數(shù)列,且2a1+a2=1,且a1=________,d=________.
答案 eq \f(2,3) -1
解析 ∵a2,a3,a7成等比數(shù)列,∴aeq \\al(2,3)=a2a7,
∴(a1+2d)2=(a1+d)(a1+6d),
即2d+3a1=0.①
又∵2a1+a2=1,∴3a1+d=1.②
由①②解得a1=eq \f(2,3),d=-1.
8.已知等比數(shù)列{an}的前三項依次為a-1,a+1,a+4,則an=________.
答案 4×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))n-1
解析 由已知可得(a+1)2=(a-1)(a+4),
解得a=5,所以a1=4,a2=6,
所以q=eq \f(a2,a1)=eq \f(6,4)=eq \f(3,2),
所以an=4×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))n-1.
9.在等比數(shù)列{an}中,a3=32,a5=8.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式an;
(2)若an=eq \f(1,2),求n.
解 (1)因為a5=a3q2,
所以q2=eq \f(a5,a3)=eq \f(1,4).
所以q=±eq \f(1,2).
當q=eq \f(1,2)時,an=a3qn-3=32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))n-3=28-n;
當q=-eq \f(1,2)時,an=a3qn-3=32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-3.
所以an=28-n或an=32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-3.
(2)當an=eq \f(1,2)時,
即28-n=eq \f(1,2)或32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))n-3=eq \f(1,2),
解得n=9.
10.在等比數(shù)列{an}中:
(1)已知a3=2,a5=8,求a7;
(2)已知a3+a1=5,a5-a1=15,求通項公式an.
解 (1)因為eq \f(a5,a3)=q2=eq \f(8,2),
所以q2=4,
所以a7=a5q2=8×4=32.
(2)a3+a1=a1(q2+1)=5,
a5-a1=a1(q4-1)=15,
所以q2-1=3,所以q2=4,
所以a1=1,q=±2,
所以an=a1qn-1=(±2)n-1.
11.已知a,b,c,d成等比數(shù)列,且曲線y=x2-2x+3的頂點是(b,c),則ad等于( )
A.3 B.2 C.1 D.-2
答案 B
解析 ∵y=(x-1)2+2,∴b=1,c=2.
又∵a,b,c,d成等比數(shù)列,∴ad=bc=2.
12.已知等比數(shù)列{an}滿足a1=eq \f(1,4),a3a5=4(a4-1),則a2等于( )
A.2 B.1 C.eq \f(1,2) D.eq \f(1,8)
答案 C
解析 方法一 ∵a3,a5的等比中項為±a4,
∴a3a5=aeq \\al(2,4),a3a5=4(a4-1),
∴aeq \\al(2,4)=4(a4-1),
∴aeq \\al(2,4)-4a4+4=0,
∴a4=2.
又∵q3=eq \f(a4,a1)=eq \f(2,\f(1,4))=8,
∴q=2,
∴a2=a1q=eq \f(1,4)×2=eq \f(1,2).
方法二 ∵a3a5=4(a4-1),
∴a1q2·a1q4=4(a1q3-1),
將a1=eq \f(1,4)代入上式并整理,得q6-16q3+64=0,
解得q=2,
∴a2=a1q=eq \f(1,2).
13.(多選)已知等差數(shù)列a,b,c三項之和為12,且a,b,c+2成等比數(shù)列,則a等于( )
A.-2 B.2 C.-8 D. 8
答案 BD
解析 由已知得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a+c=2b,,a+b+c=12,,a?c+2?=b2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=4,,c=6))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=8,,b=4,,c=0.))
故a=2或a=8.
14.若數(shù)列{an}的前n項和為Sn,且an=2Sn-3,則{an}的通項公式是________.
答案 an=3·(-1)n-1
解析 由an=2Sn-3得an-1=2Sn-1-3(n≥2),
兩式相減得an-an-1=2an(n≥2),
∴an=-an-1(n≥2),
又a1=3,故{an}是首項為3,公比為-1的等比數(shù)列,
∴an=3·(-1)n-1.
15.已知在等差數(shù)列{an}中,a2+a4=16,a1+1,a2+1,a4+1成等比數(shù)列,把各項按如圖所示排列.則從上到下第10行,從左到右的第11個數(shù)值為________.
答案 275或8
解析 設公差為d,由a2+a4=16,得a1+2d=8,①
由a1+1,a2+1,a4+1成等比數(shù)列,
得(a2+1)2=(a1+1)(a4+1),化簡得a1-d=-1或d=0,②
當d=3時,an=3n-1.由題圖可得第10行第11個數(shù)為數(shù)列{an}中的第92項,a92=3×92-1=275.
當d=0時,an=8,a92=8.
16.設數(shù)列{an}是公比小于1的正項等比數(shù)列,已知a1=8,且a1+13,4a2,a3+9成等差數(shù)列.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式;
(2)若bn=an(n+2-λ),且數(shù)列{bn}是單調(diào)遞減數(shù)列,求實數(shù)λ的取值范圍.
解 (1)設數(shù)列{an}的公比為q.
由題意,可得an=8qn-1,且0<q<1.
由a1+13,4a2,a3+9成等差數(shù)列,
知8a2=30+a3,
所以64q=30+8q2,
解得q=eq \f(1,2)或eq \f(15,2)(舍去),
所以an=8×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))n-1=24-n,n∈N*.
(2)bn=an(n+2-λ)=(n+2-λ)·24-n,
由bn>bn+1,
得(n+2-λ)·24-n>(n+3-λ)·23-n,
即λ<n+1,
所以λ<(n+1)min=2,
故實數(shù)λ的取值范圍為(-∞,2).

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高中數(shù)學人教A版 (2019)選擇性必修 第二冊電子課本

4.3 等比數(shù)列

版本: 人教A版 (2019)

年級: 選擇性必修 第二冊

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