
[最新考綱] 1.掌握等差、等比數(shù)列的前n項(xiàng)和公式.2.掌握特殊的非等差、等比數(shù)列的幾種常見(jiàn)的求和方法.
1.公式法
(1)等差數(shù)列的前n項(xiàng)和公式:
Sn==na1+d;
(2)等比數(shù)列的前n項(xiàng)和公式:
2.分組轉(zhuǎn)化法
把數(shù)列的每一項(xiàng)分成兩項(xiàng)或幾項(xiàng),使其轉(zhuǎn)化為幾個(gè)等差、等比數(shù)列,再求解.
3.裂項(xiàng)相消法
把數(shù)列的通項(xiàng)拆成兩項(xiàng)之差,在求和時(shí)中間的一些項(xiàng)可以相互抵消,從而求得其和.
4.錯(cuò)位相減法
如果一個(gè)數(shù)列的各項(xiàng)是由一個(gè)等差數(shù)列和一個(gè)等比數(shù)列的對(duì)應(yīng)項(xiàng)之積構(gòu)成的,這個(gè)數(shù)列的前n項(xiàng)和可用錯(cuò)位相減法求解.
5.倒序相加法
如果一個(gè)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)中與首末兩端等“距離”的兩項(xiàng)的和相等或等于同一個(gè)常數(shù),那么求這個(gè)數(shù)列的前n項(xiàng)和即可用倒序相加法求解.
6.并項(xiàng)求和法
一個(gè)數(shù)列的前n項(xiàng)和中,可兩兩結(jié)合求解,則稱之為并項(xiàng)求和.形如an=(-1)nf(n)類型,可采用兩項(xiàng)合并求解.
例如,Sn=1002-992+982-972+…+22-12
=(100+99)+(98+97)+…+(2+1)=5 050.
1.一些常見(jiàn)的數(shù)列前n項(xiàng)和公式
(1)1+2+3+4+…+n=;
(2)1+3+5+7+…+2n-1=n2;
(3)2+4+6+8+…+2n=n2+n.
2.常用的裂項(xiàng)公式
(1)=;
(2)==;
(3)=-;
(4)loga=loga(n+1)-logan.
一、思考辨析(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
(1)如果數(shù)列{an}為等比數(shù)列,且公比不等于1,則其前n項(xiàng)和Sn=. ( )
(2)當(dāng)n≥2時(shí),=. ( )
(3)求Sn=a+2a2+3a3+…+nan之和時(shí)只要把上式等號(hào)兩邊同時(shí)乘以a即可根據(jù)錯(cuò)位相減法求得. ( )
(4)推導(dǎo)等差數(shù)列求和公式的方法叫做倒序求和法,利用此法可求得sin21°+sin22°+sin23°+…+sin288°+sin289°=44.5. ( )
[答案] (1)√ (2)√ (3)× (4)√
二、教材改編
1.?dāng)?shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,若an=,則S5等于( )
A.1 B. C. D.
B [∵an==-,
∴S5=a1+a2+…+a5=++…+=1-=.故選B.]
2.若Sn=1-2+3-4+5-6+…+(-1)n-1·n,則S50= .
-25 [S50=(1-2)+(3-4)+…+(49-50)=-25.]
3.?dāng)?shù)列1,3,5,7,…,(2n-1)+,…的前n項(xiàng)和Sn等于 .
n2+1- [Sn=[1+3+5+…+(2n-1)]+
=n2+=n2+1-.]
4.若x≠0,且x≠1,則1+2x+3x2+…+nxn-1= .
- [設(shè)Sn=1+2x+3x2+…+nxn-1,①
則xSn=x+2x2+3x3+…+nxn,②
①-②得:(1-x)Sn=1+x+x2+…+xn-1-nxn=-nxn,所以Sn=-.]
考點(diǎn)1 分組轉(zhuǎn)化求和
分組轉(zhuǎn)化求和的兩個(gè)常見(jiàn)類型
(1)若an=bn±cn,且{bn},{cn}為等差或等比數(shù)列,可采用分組求和法求{an}的前n項(xiàng)和;
(2)通項(xiàng)公式為an=的數(shù)列,其中數(shù)列{bn},{cn}是等比數(shù)列或等差數(shù)列,可采用分組轉(zhuǎn)化法求和.
已知數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和Sn=,n∈N*.
(1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(2)設(shè)bn=2an+(-1)nan,求數(shù)列{bn}的前2n項(xiàng)和.
[解] (1)當(dāng)n=1時(shí),a1=S1=1;當(dāng)n≥2時(shí),an=Sn-Sn-1=-=n.
a1也滿足an=n,故數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式為an=n.
(2)由(1)知an=n,故bn=2n+(-1)nn.
記數(shù)列{bn}的前2n項(xiàng)和為T2n,則T2n=(21+22+…+22n)+(-1+2-3+4-…+2n).
記A=21+22+…+22n,B=-1+2-3+4-…+2n,則A==22n+1-2,
B=(-1+2)+(-3+4)+…+[-(2n-1)+2n]=n.
故數(shù)列{bn}的前2n項(xiàng)和T2n=A+B=22n+1+n-2.
[母題探究]
在本例(2)中,如何求數(shù)列{bn}的前n項(xiàng)和Tn.
[解] 由本例(1)知bn=2n+(-1)n·n.
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí),
Tn=(21+22+…+2n)+[-1+2-3+4-…-(n-1)+n]=+=2n+1+-2;
當(dāng)n為奇數(shù)時(shí),Tn=(21+22+…+2n)+[-1+2-3+4-…-(n-2)+(n-1)-n]
=2n+1-2+-n
=2n+1--.
所以Tn=
通項(xiàng)公式中出現(xiàn)(-1)n,在求數(shù)列的前n項(xiàng)和Sn時(shí),要分n為偶數(shù)和n為奇數(shù)兩種情況討論.
1.若數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式為an=2n+2n-1,則數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為( )
A.2n+n2-1 B.2n+1+n2-1
C.2n+1+n2-2 D.2n+n-2
C [Sn=a1+a2+a3+…+an=(21+2×1-1)+(22+2×2-1)+(23+2×3-1)+…+(2n+2n-1)=(2+22+…+2n)+2(1+2+3+…+n)-n=+2×-n=2(2n-1)+n2+n-n=2n+1+n2-2.故選C.]
2.已知數(shù)列{an}中,a1=a2=1,an+2=則數(shù)列{an}的前20項(xiàng)和為( )
A.1 121 B.1 122
C.1 123 D.1 124
C [由題意可知,數(shù)列{a2n}是首項(xiàng)為1,公比為2的等比數(shù)列,數(shù)列{a2n-1}是首項(xiàng)為1,公差為2的等差數(shù)列,故數(shù)列{an}的前20項(xiàng)和為+10×1+×2=1 123.選C.]
考點(diǎn)2 錯(cuò)位相減法求和
錯(cuò)位相減法求和的四個(gè)步驟
(2019·天津高考)設(shè){an}是等差數(shù)列,{bn}是等比數(shù)列,公比大于0,已知a1=b1=3,b2=a3,b3=4a2+3.
(1)求{an}和{bn}的通項(xiàng)公式;
(2)設(shè)數(shù)列{cn}滿足cn=求a1c1+a2c2+…+a2nc2n(n∈N*).
[解] (1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,等比數(shù)列{bn}的公比為q.
依題意,得解得故an=3+3(n-1)=3n,bn=3×3n-1=3n.
所以,{an}的通項(xiàng)公式為an=3n,{bn}的通項(xiàng)公式為bn=3n.
(2)a1c1+a2c2+…+a2nc2n
=(a1+a3+a5+…+a2n-1)+(a2b1+a4b2+a6b3+…+a2nbn)
=+(6×31+12×32+18×33+…+6n×3n)
=3n2+6(1×31+2×32+…+n×3n).
記Tn=1×31+2×32+…+n×3n, ①
則3Tn=1×32+2×33+…+n×3n+1, ②
②-①得,2Tn=-3-32-33-…-3n+n×3n+1
=-+n×3n+1=.
所以,a1c1+a2c2+…+a2nc2n=3n2+6Tn=3n2+3×
=(n∈N*).
錯(cuò)位相減法求和時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)
(1)兩式相減時(shí)最后一項(xiàng)因?yàn)闆](méi)有對(duì)應(yīng)項(xiàng)而忘記變號(hào).
(2)對(duì)相減后的和式的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)模糊,錯(cuò)把中間的n-1項(xiàng)和當(dāng)作n項(xiàng)和.
設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,前n項(xiàng)和為Sn,等比數(shù)列{bn}的公比為q,已知b1=a1,b2=2,q=d,S10=100.
(1)求數(shù)列{an},{bn}的通項(xiàng)公式;
(2)當(dāng)d>1時(shí),記cn=,求數(shù)列{cn}的前n項(xiàng)和Tn.
[解] (1)由題意得
即
解得或
故或
(2)由d>1,知an=2n-1,bn=2n-1,故cn=,
于是Tn=1+++++…+,①
Tn=+++++…+.②
①-②可得
Tn=2+++…+-=3-,
故Tn=6-.
[教師備選例題]
(2017·山東高考)已知{an}是各項(xiàng)均為正數(shù)的等比數(shù)列,且a1+a2=6,a1a2=a3.
(1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(2){bn}為各項(xiàng)非零的等差數(shù)列,其前n項(xiàng)和為Sn.已知S2n+1=bnbn+1,求數(shù)列的前n項(xiàng)和Tn.
[解] (1)設(shè){an}的公比為q,
由題意知:a1(1+q)=6,aq=a1q2,
又an>0,由以上兩式聯(lián)立方程組解得a1=2,q=2,
所以an=2n.
(2)由題意知S2n+1==(2n+1)bn+1,
又S2n+1=bnbn+1,bn+1≠0,
所以bn=2n+1.
令cn=,則cn=.
因此Tn=c1+c2+…+cn
=+++…++,
又Tn=+++…++,
兩式相減得
Tn=+-,
所以Tn=5-.
考點(diǎn)3 裂項(xiàng)相消法求和(多維探究)
裂項(xiàng)相消法求和的兩個(gè)關(guān)注點(diǎn)
(1)通項(xiàng)公式能裂為兩項(xiàng)差的形式,求和時(shí)能產(chǎn)生連續(xù)相互抵消的項(xiàng).
(2)消項(xiàng)后前邊剩幾項(xiàng),后邊就剩幾項(xiàng),前邊剩到第幾項(xiàng),后邊就剩到倒數(shù)第幾項(xiàng).
形如an=型
已知數(shù)列{an}的各項(xiàng)都為正數(shù),其前n項(xiàng)和為Sn,且滿足4Sn=a+2an-3對(duì)任意的正整數(shù)n都成立.
(1)證明數(shù)列{an}是等差數(shù)列,并求其通項(xiàng)公式;
(2)設(shè)bn=,求數(shù)列{bn}的前n項(xiàng)和Tn.
[解] (1)當(dāng)n=1時(shí),4S1=a+2a1-3,
即a-2a1-3=0,
解得a1=3或a1=-1(舍去),
由4Sn=a+2an-3,得當(dāng)n≥2時(shí),4Sn-1=a+2an-1-3,兩式相減,
得4an=a-a+2an-2an-1,即(an+an-1)(an-an-1-2)=0,
又an>0,∴an-an-1-2=0,
即an-an-1=2(n≥2),
∴數(shù)列{an}是以3為首項(xiàng),2為公差的等差數(shù)列,
∴an=3+2(n-1)=2n+1.
(2)由an=2n+1,得Sn=·n=n(n+2),
∴bn===,
∴Tn=b1+b2+b3+…+bn-1+bn=
==-.
本例在求前n項(xiàng)和Tn時(shí),應(yīng)注意兩點(diǎn):
(1)bn裂成兩項(xiàng)差時(shí),不要漏掉系數(shù).
(2)求和消項(xiàng)后,前邊剩兩項(xiàng),后邊也剩兩項(xiàng),注意符號(hào)不同.
[教師備選例題]
在等差數(shù)列{an}中,a2=4,a1+a4+a7=30,其前n項(xiàng)和為Sn.
(1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(2)求數(shù)列的前n項(xiàng)和Tn.
[解] (1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d.
法一:由已知可得
即解得
所以an=a1+(n-1)d=1+(n-1)×3=3n-2.
法二:由等差數(shù)列的性質(zhì)可得a1+a4+a7=3a4=30,解得a4=10,
所以d===3,
所以an=a2+(n-2)d=4+(n-2)×3=3n-2.
(2)由(1)知Sn=,
所以Sn+2n=+2n==,
所以==.
所以Tn=×+×+…+==.
形如an=型
已知函數(shù)f(x)=xα的圖象過(guò)點(diǎn)(4,2),令an=,n∈N*,記數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,則S2 020=( )
A.-1 B.-1
C.-1 D.+1
C [由f(4)=2,得4α=2,解得α=,則f(x)=x.
∴an===-,
∴S2 020=a1+a2+a3+…+a2 020=(-)+(-)+(-)+…+(-)+(-)=-1,故選C.]
本例中通項(xiàng)公式的裂項(xiàng)使用了分母有理化.
1.已知數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式為an=lg,若數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和Sn=3,則項(xiàng)數(shù)n=( )
A.99 B.101 C.999 D.1001
C [an=lg=lg=lg(n+1)-lg n,
∴Sn=a1+a2+a3+…+an=(lg 2-lg 1)+(lg 3-lg 2)+(lg 4-lg 3)+…+[lg(n+1)-lg n]=lg(n+1),
令Sn=lg(n+1)=3得n+1=103,解得n=999,故選C.]
2.已知等差數(shù)列{an}滿足a3=7,a5+a7=26.
(1)求等差數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(2)設(shè)cn=,n∈N*,求數(shù)列{cn}的前n項(xiàng)和Tn.
[解] (1)設(shè)等差數(shù)列的公差為d,
則由題意可得解得
所以an=3+2(n-1)=2n+1.
(2)因?yàn)閏n==,
所以cn=,
所以Tn===.
課外素養(yǎng)提升⑥ 數(shù)學(xué)建模——數(shù)學(xué)文化與數(shù)列
縱觀近幾年高考,數(shù)列以數(shù)學(xué)文化為背景的問(wèn)題,層出不窮,讓人耳目一新,同時(shí)它也使考生們受困于背景陌生,閱讀受阻,使思路無(wú)法打開.下面通過(guò)對(duì)典型例題的剖析、數(shù)學(xué)文化的介紹、及精選模擬題的求解,讓學(xué)生提升審題能力,增加對(duì)數(shù)學(xué)文化的認(rèn)識(shí),進(jìn)而加深對(duì)數(shù)學(xué)文化的理解,提升數(shù)學(xué)建模的核心素養(yǎng).
等比數(shù)列與數(shù)學(xué)文化
【例1】 (2018·北京高考)“十二平均律”是通用的音律體系,明代朱載堉最早用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出半音比例,為這個(gè)理論的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn).十二平均律將一個(gè)純八度音程分成十二份,依次得到十三個(gè)單音,從第二個(gè)單音起,每一個(gè)單音的頻率與它的前一個(gè)單音的頻率的比都等于.若第一個(gè)單音的頻率為f,則第八個(gè)單音的頻率為( )
A.f B.f
C.f D.f
D [從第二個(gè)單音起,每一個(gè)單音的頻率與它的前一個(gè)單音的頻率的比都等于,第一個(gè)單音的頻率為f,由等比數(shù)列的概念可知,這十三個(gè)單音的頻率構(gòu)成一個(gè)首項(xiàng)為f,公比為的等比數(shù)列,記為{an},則第八個(gè)單音頻率為a8=f·()8-1=f,故選D.]
[評(píng)析] 根據(jù)等比數(shù)列的定義可知,十三個(gè)單音的頻率構(gòu)成等比數(shù)列.
【例2】 (2019·邵陽(yáng)模擬)《九章算術(shù)》中有如下問(wèn)題:今有蒲生一日,長(zhǎng)三尺,莞生一日,長(zhǎng)1尺.蒲生日自半,莞生日自倍.問(wèn)幾何日而長(zhǎng)等?意思是:今有蒲第一天長(zhǎng)高3尺,莞第一天長(zhǎng)高1尺,以后蒲每天長(zhǎng)高前一天的一半,莞每天長(zhǎng)高前一天的2倍.若蒲、莞長(zhǎng)度相等,則所需時(shí)間為( )
(結(jié)果精確到0.1.參考數(shù)據(jù):lg 2≈0.301 0,lg 3≈0.477 1)
A.2.2天 B.2.4天
C.2.6天 D.2.8天
C [設(shè)蒲的長(zhǎng)度組成等比數(shù)列{an},其a1=3,公比為,其前n項(xiàng)和為An.
莞的長(zhǎng)度組成等比數(shù)列{bn},其b1=1,公比為2,其前n項(xiàng)和為Bn.
則An=,Bn=,由題意可得:=,化為:2n+=7,解得2n=6,2n=1(舍去).
∴n==1+≈2.6.
∴估計(jì)2.6天蒲、莞長(zhǎng)度相等,故選C.]
[評(píng)析] 問(wèn)題轉(zhuǎn)化成兩個(gè)等比數(shù)列前n項(xiàng)和相等問(wèn)題.
【素養(yǎng)提升練習(xí)】
1.中國(guó)古代數(shù)學(xué)名著《算法統(tǒng)宗》中有如下問(wèn)題:“三百七十八里關(guān),初行健步不為難,次日腳痛減一半,六朝才得到其關(guān),要見(jiàn)次日行里數(shù),請(qǐng)公仔細(xì)算相還.”其意思為:有一個(gè)人走378里路,第一天健步行走,從第二天起腳痛每天走的路程為前一天的一半,走了6天后到達(dá)目的地,請(qǐng)問(wèn)第二天走了( )
A.192里 B.96里 C.48里 D.24里
B [依題意,每天走的路程構(gòu)成等比數(shù)列{an},且n=6,公比q=,S6=378,設(shè)等比數(shù)列{an}的首項(xiàng)為a1,依題意有=378,解得a1=192.所以a2=192×=96.即第二天走了96里.]
等差數(shù)列與數(shù)學(xué)文化
【例3】 (2019·九江模擬)我國(guó)古代數(shù)學(xué)著作《九章算術(shù)》中有如下問(wèn)題:“今有金箠,長(zhǎng)五尺,斬本一尺,重四尺.?dāng)啬┮怀撸囟铮畣?wèn)次一尺各重幾何?”意思是:“現(xiàn)有一根5尺長(zhǎng)的金杖,一頭粗,一頭細(xì).在粗的一端截下1尺,重4斤;在細(xì)的一端截下1尺,重2斤.問(wèn)依次每一尺各重多少斤?”根據(jù)上面的已知條件,若金杖由粗到細(xì)是均勻變化的,問(wèn)中間3尺的重量為( )
A.6斤 B.9斤 C.9.5斤 D.12斤
B [依題意,金杖由粗到細(xì)各尺的重量構(gòu)成一個(gè)等差數(shù)列,記為{an},則a1=4,a5=2,由等差數(shù)列的性質(zhì)得a2+a4=a1+a5=2a3=6,所以a3=3,所以中間3尺的重量為a2+a3+a4=3a3=9(斤).故選B.]
[評(píng)析] 金杖由粗到細(xì),每一尺的重量成等差數(shù)列,可用等差數(shù)列的性質(zhì)求解.
【素養(yǎng)提升練習(xí)】
2.(2019·石家莊模擬)我國(guó)古代數(shù)學(xué)家提出的“中國(guó)剩余定理”又稱“孫子定理”,它在世界數(shù)學(xué)史上具有光輝的一頁(yè),堪稱數(shù)學(xué)史上名垂百世的成就,而且一直啟發(fā)和指引著歷代數(shù)學(xué)家們.定理涉及的是數(shù)的整除問(wèn)題,其數(shù)學(xué)思想在近代數(shù)學(xué)、當(dāng)代密碼學(xué)研究及日常生活中都有著廣泛應(yīng)用,為世界數(shù)學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn),現(xiàn)有這樣一個(gè)整除問(wèn)題:將1到2 019這2 019個(gè)整數(shù)中能被5除余2且被7除余2的數(shù)按從小到大的順序排成一列,構(gòu)成數(shù)列{an},那么此數(shù)列的項(xiàng)數(shù)為( )
A.58 B.59 C.60 D.61
A [由數(shù)能被5除余2且被7除余2的數(shù)就是能被35整除余2的數(shù),
故an=2+(n-1)35=35n-33,
由an=35n-33≤2 019,
得n≤58+,n∈N*,故此數(shù)列的項(xiàng)數(shù)為58.]
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