知識(shí)梳理
1.等差數(shù)列的有關(guān)概念
(1)等差數(shù)列的定義
一般地,如果一個(gè)數(shù)列從第2項(xiàng)起,每一項(xiàng)與它的前一項(xiàng)的差都等于同一個(gè)常數(shù),那么這個(gè)數(shù)列就叫做等差數(shù)列,這個(gè)常數(shù)叫做等差數(shù)列的公差,公差通常用字母d表示,定義表達(dá)式為an-an-1=d(常數(shù))(n≥2,n∈N*).
(2)等差中項(xiàng)
由三個(gè)數(shù)a,A,b組成等差數(shù)列,則A叫做a與b的等差中項(xiàng),且有2A=a+b.
2.等差數(shù)列的有關(guān)公式
(1)通項(xiàng)公式:an=a1+(n-1)d.
(2)前n項(xiàng)和公式:Sn=na1+eq \f(n?n-1?,2)d或Sn=eq \f(n?a1+an?,2).
3.等差數(shù)列的常用性質(zhì)
(1)通項(xiàng)公式的推廣:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若{an}為等差數(shù)列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),則ak+al=am+an.
(3)若{an}是等差數(shù)列,公差為d,則ak,ak+m,ak+2m,…(k,m∈N*)是公差為md的等差數(shù)列.
(4)數(shù)列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…也是等差數(shù)列.
(5)S2n-1=(2n-1)an.
(6)等差數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(Sn,n)))為等差數(shù)列.
常用結(jié)論
1.已知數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式是an=pn+q(其中p,q為常數(shù)),則數(shù)列{an}一定是等差數(shù)列,且公差為p.
2.在等差數(shù)列{an}中,a1>0,d<0,則Sn存在最大值;若a1<0,d>0,則Sn存在最小值.
3.等差數(shù)列{an}的單調(diào)性:當(dāng)d>0時(shí),{an}是遞增數(shù)列;當(dāng)d<0時(shí),{an}是遞減數(shù)列;當(dāng)d=0時(shí),{an}是常數(shù)列.
4.?dāng)?shù)列{an}是等差數(shù)列?Sn=An2+Bn(A,B為常數(shù)).這里公差d=2A.
思考辨析
判斷下列結(jié)論是否正確(請(qǐng)?jiān)诶ㄌ?hào)中打“√”或“×”)
(1)若一個(gè)數(shù)列從第2項(xiàng)起每一項(xiàng)與它的前一項(xiàng)的差都是常數(shù),則這個(gè)數(shù)列是等差數(shù)列.( × )
(2)數(shù)列{an}為等差數(shù)列的充要條件是對(duì)任意n∈N*,都有2an+1=an+an+2.( √ )
(3)在等差數(shù)列{an}中,若am+an=ap+aq,則m+n=p+q.( × )
(4)若無(wú)窮等差數(shù)列{an}的公差d>0,則其前n項(xiàng)和Sn不存在最大值.( √ )
教材改編題
1.在等差數(shù)列{an}中,已知a5=11,a8=5,則a10等于( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
答案 C
解析 設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,由題意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(11=a1+4d,,5=a1+7d,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=19,,d=-2.))
∴an=-2n+21.∴a10=-2×10+21=1.
2.設(shè)等差數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,若S4=8,S8=20,則a9+a10+a11+a12等于( )
A.12 B.8 C.20 D.16
答案 D
解析 等差數(shù)列{an}中,S4,S8-S4,S12-S8仍為等差數(shù)列,即8,20-8,a9+a10+a11+a12為等差數(shù)列,所以a9+a10+a11+a12=16.
3.設(shè)等差數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn.若a1=10,S4=28,則Sn的最大值為_(kāi)_______.
答案 30
解析 由a1=10,S4=4a1+6d=28,解得d=-2,所以Sn=na1+eq \f(n?n-1?,2)d=-n2+11n.當(dāng)n=5或6時(shí),Sn最大,最大值為30.
題型一 等差數(shù)列基本量的運(yùn)算
例1 (1)(2023·開(kāi)封模擬)已知公差為1的等差數(shù)列{an}中,aeq \\al(2,5)=a3a6,若該數(shù)列的前n項(xiàng)和Sn=0,則n等于( )
A.10 B.11 C.12 D.13
答案 D
解析 由題意知(a1+4)2=(a1+2)(a1+5),na1+eq \f(n?n-1?,2)=0,解得a1=-6,n=13.
(2)(2020·全國(guó)Ⅱ)北京天壇的圜丘壇為古代祭天的場(chǎng)所,分上、中、下三層.上層中心有一塊圓形石板(稱為天心石),環(huán)繞天心石砌9塊扇面形石板構(gòu)成第一環(huán),向外每環(huán)依次增加9塊.下一層的第一環(huán)比上一層的最后一環(huán)多9塊,向外每環(huán)依次也增加9塊,已知每層環(huán)數(shù)相同,且下層比中層多729塊,則三層共有扇面形石板(不含天心石)( )
A.3 699塊 B.3 474塊
C.3 402塊 D.3 339塊
答案 C
解析 設(shè)每一層有n環(huán),由題意可知從內(nèi)到外每環(huán)之間構(gòu)成d=9,a1=9的等差數(shù)列.由等差數(shù)列的性質(zhì)知Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等差數(shù)列,且(S3n-S2n)-(S2n-Sn)=n2d,則9n2=729,得n=9,
則三層共有扇面形石板S3n=S27=27×9+eq \f(27×26,2)×9=3 402(塊).
思維升華 (1)等差數(shù)列的通項(xiàng)公式及前n項(xiàng)和公式共涉及五個(gè)量a1,n,d,an,Sn,知道其中三個(gè)就能求出另外兩個(gè)(簡(jiǎn)稱“知三求二”).
(2)確定等差數(shù)列的關(guān)鍵是求出兩個(gè)最基本的量,即首項(xiàng)a1和公差d.
跟蹤訓(xùn)練1 (1)《周髀算經(jīng)》有這樣一個(gè)問(wèn)題:從冬至日起,依次為小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種十二個(gè)節(jié)氣日影長(zhǎng)減等寸,冬至、立春、春分日影長(zhǎng)之和為三丈一尺五寸,前九個(gè)節(jié)氣日影長(zhǎng)之和為八丈五尺五寸,問(wèn)芒種日影長(zhǎng)為(一丈=十尺=一百寸)( )
A.一尺五寸 B.二尺五寸
C.三尺五寸 D.四尺五寸
答案 B
解析 由題意知,從冬至日起,依次為小寒、大寒等十二個(gè)節(jié)氣日影長(zhǎng)構(gòu)成一個(gè)等差數(shù)列{an},設(shè)公差為d,
∵冬至、立春、春分日影長(zhǎng)之和為三丈一尺五寸,前九個(gè)節(jié)氣日影長(zhǎng)之和為八丈五尺五寸,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1+a4+a7=3a1+9d=315,,S9=9a1+\f(9×8,2)d=855,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a1=135,,d=-10,))
∴芒種日影長(zhǎng)為a12=a1+11d=135-11×10=25(寸)=2尺5寸.
(2)數(shù)列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(2,an+1)))是等差數(shù)列,且a1=1,a3=-eq \f(1,3),那么a2 024=________.
答案 -eq \f(1 011,1 012)
解析 設(shè)等差數(shù)列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(2,an+1)))的公差為d,因?yàn)閍1=1,a3=-eq \f(1,3),所以eq \f(2,a1+1)=1,eq \f(2,a3+1)=3.所以3=1+2d,解得d=1.所以eq \f(2,an+1)=1+n-1=n,所以an=eq \f(2,n)-1.所以a2 024=eq \f(2,2 024)-1=-eq \f(2 022,2 024)=-eq \f(1 011,1 012).
題型二 等差數(shù)列的判定與證明
例2 (2021·全國(guó)甲卷)已知數(shù)列{an}的各項(xiàng)均為正數(shù),記Sn為{an}的前n項(xiàng)和,從下面①②③中選取兩個(gè)作為條件,證明另外一個(gè)成立.
①數(shù)列{an}是等差數(shù)列;②數(shù)列{eq \r(Sn)}是等差數(shù)列;③a2=3a1.
注:若選擇不同的組合分別解答,則按第一個(gè)解答計(jì)分.
解 ①③?②.
已知{an}是等差數(shù)列,a2=3a1.
設(shè)數(shù)列{an}的公差為d,
則a2=3a1=a1+d,得d=2a1,
所以Sn=na1+eq \f(n?n-1?,2)d=n2a1.
因?yàn)閿?shù)列{an}的各項(xiàng)均為正數(shù),
所以eq \r(Sn)=neq \r(a1),
所以eq \r(Sn+1)-eq \r(Sn)=(n+1)eq \r(a1)-neq \r(a1)=eq \r(a1)(常數(shù)),所以數(shù)列{eq \r(Sn)}是等差數(shù)列.
①②?③.
已知{an}是等差數(shù)列,{eq \r(Sn)}是等差數(shù)列.
設(shè)數(shù)列{an}的公差為d,
則Sn=na1+eq \f(n?n-1?,2)d=eq \f(1,2)n2d+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(a1-\f(d,2)))n.
因?yàn)閿?shù)列{eq \r(Sn)}是等差數(shù)列,所以數(shù)列{eq \r(Sn)}的通項(xiàng)公式是關(guān)于n的一次函數(shù),則a1-eq \f(d,2)=0,即d=2a1,所以a2=a1+d=3a1.
②③?①.
已知數(shù)列{eq \r(Sn)}是等差數(shù)列,a2=3a1,
所以S1=a1,S2=a1+a2=4a1.
設(shè)數(shù)列{eq \r(Sn)}的公差為d,d>0,
則eq \r(S2)-eq \r(S1)=eq \r(4a1)-eq \r(a1)=d,得a1=d2,
所以eq \r(Sn)=eq \r(S1)+(n-1)d=nd,
所以Sn=n2d2,
所以an=Sn-Sn-1=n2d2-(n-1)2d2=2d2n-d2(n≥2),是關(guān)于n的一次函數(shù),且a1=d2滿足上式,所以數(shù)列{an}是等差數(shù)列.
思維升華 判斷數(shù)列{an}是等差數(shù)列的常用方法
(1)定義法.
(2)等差中項(xiàng)法.
(3)通項(xiàng)公式法.
(4)前n項(xiàng)和公式法.
跟蹤訓(xùn)練2 已知數(shù)列{an}的各項(xiàng)都是正數(shù),n∈N*.
(1)若{an}是等差數(shù)列,公差為d,且bn是an和an+1的等比中項(xiàng),設(shè)cn=beq \\al(2,n+1)-beq \\al(2,n),n∈N*,求證:數(shù)列{cn}是等差數(shù)列;
(2)若aeq \\al(3,1)+aeq \\al(3,2)+aeq \\al(3,3)+…+aeq \\al(3,n)=Seq \\al(2,n),Sn為數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和,求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式.
(1)證明 由題意得beq \\al(2,n)=anan+1,
則cn=beq \\al(2,n+1)-beq \\al(2,n)=an+1an+2-anan+1=2dan+1,
因此cn+1-cn=2d(an+2-an+1)=2d2(常數(shù)),
∴{cn}是等差數(shù)列.
(2)解 當(dāng)n=1時(shí),aeq \\al(3,1)=aeq \\al(2,1),∵a1>0,∴a1=1.
aeq \\al(3,1)+aeq \\al(3,2)+aeq \\al(3,3)+…+aeq \\al(3,n)=Seq \\al(2,n),①
當(dāng)n≥2時(shí),aeq \\al(3,1)+aeq \\al(3,2)+aeq \\al(3,3)+…+aeq \\al(3,n-1)=Seq \\al(2,n-1),②
①-②得,aeq \\al(3,n)=Seq \\al(2,n)-Seq \\al(2,n-1)=(Sn-Sn-1)(Sn+Sn-1).
∵an>0,∴aeq \\al(2,n)=Sn+Sn-1=2Sn-an,③
∵a1=1也符合上式,∴當(dāng)n≥2時(shí),aeq \\al(2,n-1)=2Sn-1-an-1,④
③-④得aeq \\al(2,n)-aeq \\al(2,n-1)=2(Sn-Sn-1)-an+an-1=2an-an+an-1=an+an-1,
∵an+an-1>0,∴an-an-1=1,
∴數(shù)列{an}是首項(xiàng)為1,公差為1的等差數(shù)列,可得an=n.
題型三 等差數(shù)列的性質(zhì)
命題點(diǎn)1 等差數(shù)列項(xiàng)的性質(zhì)
例3 (1)已知在等差數(shù)列{an}中,若a8=8且lg2()=22,則S13等于( )
A.40 B.65 C.80 D.40+lg25
答案 B
解析 lg2()=lg2+lg2+…+lg2=a1+a2+…+a11=11a6=22,所以a6=2,則S13=eq \f(13?a1+a13?,2)=eq \f(13?a6+a8?,2)=65.
(2)已知數(shù)列{an},{bn}都是等差數(shù)列,且a1=2,b1=-3,a7-b7=17,則a2 024-b2 024的值為_(kāi)_______.
答案 4 051
解析 令cn=an-bn,因?yàn)閧an},{bn}都是等差數(shù)列,所以{cn}也是等差數(shù)列.設(shè)數(shù)列{cn}的公差為d,由已知,得c1=a1-b1=5,c7=17,則5+6d=17,解得d=2.故a2 024-b2 024=c2 024=5+2 023×2=4 051.
思維升華 等差數(shù)列項(xiàng)的性質(zhì)的關(guān)注點(diǎn)
(1)在等差數(shù)列題目中,只要出現(xiàn)項(xiàng)的和問(wèn)題,一般先考慮應(yīng)用項(xiàng)的性質(zhì).
(2)項(xiàng)的性質(zhì)常與等差數(shù)列的前n項(xiàng)和公式Sn=eq \f(n?a1+an?,2)相結(jié)合.
跟蹤訓(xùn)練3 (1)若等差數(shù)列{an}的前15項(xiàng)和S15=30,則2a5-a6-a10+a14等于( )
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 A
解析 ∵S15=30,∴eq \f(15,2)(a1+a15)=30,
∴a1+a15=4,∴2a8=4,∴a8=2.
∴2a5-a6-a10+a14=a4+a6-a6-a10+a14=a4-a10+a14=a10+a8-a10=a8=2.
(2)(2023·保定模擬)已知等差數(shù)列{an}滿足eq \f(a8,a5)=-2,則下列結(jié)論一定成立的是( )
A.eq \f(a9,a4)=-1 B.eq \f(a8,a3)=-1
C.eq \f(a9,a3)=-1 D.eq \f(a10,a4)=-1
答案 C
解析 由eq \f(a8,a5)=-2得a5≠0,2a5+a8=a4+a6+a8=3a6=0,
所以a6=0,a3+a9=2a6=0,
因?yàn)閍5≠0,a6=0,
所以a3≠0,eq \f(a9,a3)=-1.
命題點(diǎn)2 等差數(shù)列前n項(xiàng)和的性質(zhì)
例4 (1)設(shè)等差數(shù)列{an},{bn}的前n項(xiàng)和分別為Sn,Tn,若對(duì)任意的n∈N*,都有eq \f(Sn,Tn)=eq \f(2n-3,4n-3),則eq \f(a2,b3+b13)+eq \f(a14,b5+b11)的值為( )
A.eq \f(29,45) B.eq \f(13,29) C.eq \f(9,19) D.eq \f(19,30)
答案 C
解析 由題意可知b3+b13=b5+b11=b1+b15=2b8,
∴eq \f(a2,b3+b13)+eq \f(a14,b5+b11)=eq \f(a2+a14,2b8)=eq \f(a8,b8)=eq \f(S15,T15)=eq \f(2×15-3,4×15-3)=eq \f(27,57)=eq \f(9,19).
(2)已知等差數(shù)列{an}共有(2n+1)項(xiàng),其中奇數(shù)項(xiàng)之和為290,偶數(shù)項(xiàng)之和為261,則an+1的值為( )
A.30 B.29 C.28 D.27
答案 B
解析 奇數(shù)項(xiàng)共有(n+1)項(xiàng),其和為eq \f(a1+a2n+1,2)·(n+1)=eq \f(2an+1,2)·(n+1)=290,
∴(n+1)an+1=290.
偶數(shù)項(xiàng)共有n項(xiàng),其和為eq \f(a2+a2n,2)·n=eq \f(2an+1,2)·n=nan+1=261,
∴an+1=290-261=29.
思維升華 等差數(shù)列前n項(xiàng)和的常用的性質(zhì)是:
在等差數(shù)列{an}中,數(shù)列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…也是等差數(shù)列,且有S2n=n(a1+a2n)=…=n(an+an+1);S2n-1=(2n-1)an.
跟蹤訓(xùn)練4 (1)設(shè)等差數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,若S4=20,S5=30,am=40,則m等于( )
A.6 B.10 C.20 D.40
答案 C
解析 由S4=20,S5=30,得a5= S5 -S4=10,由等差數(shù)列的性質(zhì),得S5=30=5a3,故a3=6,而a5-a3=10-6=4=2d,故d=2,am=40=a5+2(m-5),解得m=20.
(2)已知Sn是等差數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和,若a1=-2 020,eq \f(S2 020,2 020)-eq \f(S2 014,2 014)=6,則S2 023等于( )
A.2 023 B.-2 023
C.4 046 D.-4 046
答案 C
解析 ∵eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(Sn,n)))為等差數(shù)列,設(shè)公差為d′,
則eq \f(S2 020,2 020)-eq \f(S2 014,2 014)=6d′=6,∴d′=1,
首項(xiàng)為eq \f(S1,1)=-2 020,
∴eq \f(S2 023,2 023)=-2 020+(2 023-1)×1=2,
∴S2 023=2 023×2=4 046,故選C.
課時(shí)精練
1.首項(xiàng)為-21的等差數(shù)列從第8項(xiàng)起為正數(shù),則公差d的取值范圍是( )
A.(3,+∞) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(7,2)))
C.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(3,\f(7,2))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(3,\f(7,2)))
答案 D
解析 an=-21+(n-1)d,因?yàn)閺牡?項(xiàng)起為正數(shù),所以a7=-21+6d≤0,a8=-21+7d>0,解得30.則使Sn0,
則3(a1+4d)=7(a1+10d),
變形可得4a1+58d=0,則a1=-eq \f(29,2)d,
所以Sn=na1+eq \f(n?n-1?d,2)
=-eq \f(29,2)nd+eq \f(n?n-1?d,2)=eq \f(d,2)(n2-30n),
因?yàn)閍1=-eq \f(29,2)d>0,所以d30,故使Sn5時(shí),anS7>S5,則滿足SnSn+1S7>S5,得S7=S6+a7S5,所以a70,所以S13=eq \f(13?a1+a13?,2)=13a70,所以S12S13

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2024高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義(步步高版)第六章 §6.5 數(shù)列求和

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2024高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義(步步高版)第六章 §6.3 等比數(shù)列

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2024高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義(步步高版)第六章 §6.1 數(shù)列的概念

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