等差、等比数列及其求和及答案

萌到你眼炸
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2021年02月08日 15:06
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这个冬季-

2021年2月8日发(作者:励志女神)




等差、等比数列及其求和



一、考点、热点



1

< br>.


a


n


与


S


n


的关系:


S

n


=


a


1


+


a


2


+…+


a


n


,


a


n< /p>


=



2


.等差数 列和等比数列




< br>S


1


,






n


=


1


,




S


n


-


S


n


-


1

< br>,



n


≥


2.





定义



通项公式



等差数列



等比数列



a


n


-


a


n


-< /p>


1


=常数


(


n< /p>


≥


2)



a


n


=


a


1


+


(


n


-


1)


d


(1)


定义法



(2)


中项公式法:


2


a

< p>
n


+


1


=


a


n


+


a

n


+


2


(


n


≥


1)


⇔


{


a


n


}


为等差 数列



(3)


通项公式法:

< p>
a


n


=


pn


+


q


(


p

< br>、


q


为


(1)

< br>定义法



a


n

< br>=常数


(


n


≥

< br>2)


a


n


-

< br>1


a


n


=


a


1


q


n


-


1


(


q


≠


0)


(2)


中项公式法:


a


n


+


1

=


a


n


·


a


n


+


2


(< /p>


n


≥


1)


(< /p>


a


n


≠


0)


⇔


{


a


n


}


为等比数列



(3)


通项公式法:


a


n

=


c


·


q


(


c


、


q


均是 不


2


*


2


判定 方法



常数


)


⇔


{


a


n


}< /p>


为等差数列



n


(4)


前


n


项和公式法:


S


n


=


An


+


Bn


(


A

< br>、


为


0


的常数,


n


∈


N


)

⇔


{


a


n


}


为等比数列



B

为常数


)


⇔


{

a


n


}


为等差数列



(5){


a


n


}


为等比数列,


a


n


>0


⇔


{log


a< /p>


a


n


}


为等差数 列



(1)


若


m


、


n


、


p< /p>


、


q


∈


N


,且


m


+


n


=


p


+


q


,则


a


m


+


a


n


=


a

p


+


a


q



性质



(2)


a


n


=


a


m< /p>


+


(


n


-


m


)


d


< p>
(3)


S


m


,

< p>
S


2


m


-


S


m


,


S

3


m


-


S


2


m


,


…仍成等差

数列



*


(4){


a


n


}


为等差数列

< p>
⇔


{


aa


n


}


为等比数列


(


a


>0


且


a


≠

< p>
1)


(1)


若


m


、


n


、


p

< p>
、


q


∈


N


,且


m


+


n

< br>=


p


+


q


,


则


a


m


·


a


n


=


a


p


·


a


q



(2)


a


n


=


a


m


q


n


-


m


*

< br>


(3)


等比数列依次每


n


项和


(


S


n


≠


0)


仍成等


比数列



前


n


项和




n


a


1


+


a


n


S


n


=


2


a


1


1


-


q

< br>n


a


1


-


a


n


q


(1)


q


≠


1


,


S


=


=



n


n


n


-


1


1


-


q


1


-


q


=


na


1


+


d


2

< br>(2)


q


=


1

< br>,


S


n


=


na


1



2


.数列求和的方法技巧



(1)


转化法



有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、


等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并.



(2)


错位相减法


< br>这是在推导等比数列的前


n


项和公式时所用的方法,这种 方法主要用于求数列


{


a


n

< p>
·


b


n


}


的前


n


项


和,其中

< p>
{


a


n


}


,


{


b


n

}


分别是等差数列和等比数列.



(3)


倒序相加法






这是在 推导等差数列前


n


项和公式时所用的方法,

也就是将一个数列倒过来排列


(


反序


)


,


当它与


原数列相加时若有公式可 提,并且剩余项的和易于求得,则这样的数列可用倒序相加法求和.



(4)


裂项相消法


< br>利用通项变形,


将通项分裂成两项或


n

< br>项的差,


通过相加过程中的相互抵消,


最后只剩下有限项


的和.



3


.数列的应用题


< br>(1)


应用问题一般文字叙述较长,反映的事物背景陌生,知识涉及面广,因此要 解好应用题,首


先应当提高阅读理解能力,将普通语言转化为数学语言或数学符号,实际 问题转化为数学问题,


然后再用数学运算、数学推理予以解决.



(2)


数列应用题一般是等比、等差数列问题,其中,等比数列 涉及的范围比较广,如经济上涉及


利润、


成本、


效益的增减,


解决该类题的关键是建立一个数列模型


{


a


n


}


,


利用该数列的通项公式、


递推公式或前


n< /p>


项和公式.



二、典型例题



题型一



等差


(


比


)


数列的基本运算



例


1


已知等差数列


{


a


n


}


的前


5


项和为

< p>
105


,且


a


10


=


2


a


5

< p>
.


(1)


求数列


{


a


n


}


的通项公式 ;



(2)


对任意

m


∈


N


*


,将数列


{


a


n


}


中不大于


7


2

m


的项的个数记为


b


m

< p>
.


求数列


{


b

< p>
m


}


的前


m


项和


S


m


.


审题破题



(1)

由已知列出关于首项和公差的方程组,解得


a


1

< p>
和


d


,从而求出


a


n


.(2)


求出


b< /p>


m


,再根据


其特征选用求和方法.



解



(1)


设数列


{


a


n


}


的公差为


d


,前< /p>


n


项和为


T


n< /p>


,由


T


5


=


105


,


a


10< /p>


=


2


a


5


,



5


×

< p>


5


-


1





5

a


1


+


d


=


105


,


2


得





< /p>


a


1


+


9


d


=


2


< p>
a


1


+


4


d



,


解得

< br>a


1


=


7


,


d


=


7.


因此


a


n


=


a


1


+


(


n


-


1)


d


=


7


+


7(


n


-


1)


=


7

< p>
n


(


n


∈


N


*


)


.


(2)


对


m

∈


N


*


,若


a


n


=


7


n


≤


7


2


m


,则


n


≤


7


2


m


1


.

< p>
因此


b


m


=


7


2


m


1

< br>.


-


-


所以数列


{


b


m

< br>}


是首项为


7


,公比为


49


的等比数列,



+


b


1



1


-


q


m



7


×



1


-


49


m



7


×



7

2


m


-


1



7


2


m


1< /p>


-


7


故


S


m


=


=


=

< p>
=


.


48


48


1


-


q


1


-


49


变式训练


1



在公差为


d


的等差数 列


{


a


n


}< /p>


中,已知


a


1


=


10


,且


a


1 ,


2


a


2


+< /p>


2,5


a


3


成等 比数列.



(1)


求

< br>d


,


a


n


;



(2)


若


d


<0


,求


|


a


1


|


+


|


a


2


|


+


|


a


3


|


+…+


|


a


n


|.


解



(1)


由题意得


5


a


3< /p>


·


a


1


=


(2


a


2


+


2)


2


,即


d


2


-


3


d


-


4


=


0.


故


d


=-


1

< br>或


d


=


4.

< br>所以


a


n


=-

< br>n


+


11


,

n


∈


N


*


或


a


n


=


4< /p>


n


+


6


,


n


∈


N


*

< p>
.


(2)


设数列


{


a


n


}


的前


n


项和为


S


n


.


因为


d


<0


,由


(1)


得


d


=-


1


,


a


n


=-


n


+


11.


1


21


当


n


≤


11


时,


|


a


1


|


+


|


a


2


|


+


|


a

< br>3


|


+


…


+


|


a


n


|


=


S


n


=-< /p>


n


2


+


n


.


2


2


1


21


当


n


≥

< p>
12


时,


|


a

< p>
1


|


+


|


a


2


|


+

|


a


3


|


+


…


+


|


a< /p>


n


|


=-


S


n


+


2


S


11


=


n


2

< p>
-


n


+


110.


2


2






综上所述,


|


a


|


+


|


a


|


+


|


a


|


+


…


+


|


a


|


=



1


21


n


-



2

2


n


+


110

,





n


≥


12.


1


2


3


n


2


1< /p>


21


-


n


2


+


n


,





n


≤


11


,


2


2




题型二



等差


(


比


)


数列性质的应用



例


2



(1)


已知正数组成的等差数列


{


a


n


}


,前


20


项和为


100


,则


a< /p>


7


·


a


14


的最大值是



(




)


A


.


25




D


.不存在



S


12


S


10


(2)


在等差数列


{


a


n


}


中,


a

< br>1


=-


2 013


,其前


n


项和为


S


n


,若


-


=


2


,则


S


2 013


的值为


(




)


12


10



D


.-


2 013

< br>20



a


1

+


a


20



审题破题



(1)


根据等差数列的性 质,


a


7


+


a


14


=


a


1< /p>


+


a


20


,


S


20


=


可求出< /p>


a


7


+


a


14


,然后利用基


2



S


n



本不 等式;


(2)


等差数列


{


a


n


}


中,


S


n


是其前


n


项和,则



n



也成等差数列.





a


1


+


a


20


解析



(1)


∵


S


20


=


×


20


=


100


,


∴


a


1


+


a


20


=

< p>
10.


∵


a


1

< p>
+


a


20


=


a


7


+


a

< br>14


,


∴


a

7


+


a


14


=


10.


2


a

7


+


a


14



2


∵


a


n


>0


,


∴


a< /p>


7


·


a


14


≤




2



=


25.


当且仅当< /p>


a


7


=


a


14


时取等号.




S


n



S


1


(2)


根据等差数列的性质,得数列



n



也是等差数 列,根据已知可得这个数列的首项


=


a


1


=-


2 013


,

< br>1




S


2 013


公差


d


=


1


,故


=-


2 013


+


(2 013


-


1)


×


1


=-


1


,所以


S


2 013


=-


2 013.


2 013


a


11


变式训练


2



(1)


数列

{


a


n


}


是等差数列,


若


<


-

< br>1


,


且它的前


n


项和


S


n


有最大值,


那么当


S


n


取得最小< /p>


a


10


正值时,


n


等于




A


.


11
















(




)


A


.-


2 011




B


.-


2 012




C


.-


2 010





B


.


50





C


.


100






D


.


21


a


11


解析



∵


{


a


n


}


的前


n


项和


S


n


有最大值,


∴


数列为递减数列.


又


<


-


1


,


∴

a


10


>0


,

a


11


<0


,

得


a


10


+


a


11


<0.


a

10


19



a

1


+


a


19



20



a


1


+


a


20



而


S


19


=< /p>


=


19·


a


10


>0


,


S


20


=


=


10(


a


10


+


a


11


)<0.


故当


n


=


19


时,


S


n


取得最小正值.



2


2


(2)


公比为


2


的等比数列


{


a


n


}


的各项都是正数,且


a

< br>3


a


11


=

16


,则


log


2


a


10


等于



A


.


4






B


.


5






C


.


6






D


.


7


2


解析



∵< /p>


a


3


·


a


11


=


16


,


∴


a


7


=

< p>
16.


又


∵


等比数列


{


a


n


}


的各项都是正数,


∴


a


7


=


4.


B


.


17




C


.


19




(




)


又


∵< /p>


a


10


=


a


7


q


3


=


4


×


2


3


=


2


5


,

< br>∴


log


2


a

< br>10


=


5.


题型三



等差数列、等比数列的综合应用



例


3



已知数 列


{


a


n


}< /p>


的前


n


项和


S< /p>


n


满足条件


2


S


n


=


3(


a< /p>


n


-


1)


,其中


n


∈


N


*


.


(1)


证明:数列

{


a


n


}


为等比数列;



(2)


设数列


{


b


n


}


满足


b


n


=


log


3


a


n


,若


c


n


=

< br>a


n


b


n


,求数列


{


c


n

}


的前


n


项和.

< br>


审题破题



(1)

< p>
利用


a


n


=


S


n


-


S

< br>n


-


1


求出

a


n


与


a


n


-


1


之间的关系,

< br>进而用定义证明数列


{


a


n


}


为等比数列.


(2)

由


(1)


的结论得出数列


{


b


n


}


的通项公式, 求出


c


n


的表达式,再利用错位相减法 求和.



3


a


n


(1)


证明



由题意得


a


n


=

S


n


-


S


n


-


1


=


(< /p>


a


n


-


a


n


-


1


)(


n


≥


2)


,

< p>
∴


a


n


=


3


a


n


-

1


,


∴


=


3(


n


≥


2)


,



2


a


n< /p>


-


1


3


又


S


1


=


(

< p>
a


1


-


1)


=


a


1


,解得


a


1


=


3

< br>,


∴


数列


{

a


n


}


为首项为

< br>3


,公比为


3


的等比数列.



2


(2)


解



由


(1)


得


a


n


=


3


n


,则


b


n


=


log


3


a


n


=


log


3


3


n


=


n


,

< p>
∴


c


n


=


a


n


b


n

=


n


·


3


n


,






设


T


n


=


1·


3


1


+


2·


3


2


+


3·


3


3

< p>
+


…


+


(


n


-


1)·


3


n


1


+


n

·


3


n


,



-


3


T


n


=


1·


3


2


+


2·


3


3


+


3·


3


4

< p>
+


…


+


(


n


-


1)·


3


n


+


n


·

3


n


1


.


+


3



1


-


3


n




2


n


-


1



3


n


1


+


3


1


2

< br>3


n


n


+


1


n


+


1


∴


-


2


T


n


=


3


+


3


+


3


+


…


+


3


-


n

< br>·


3


=


-


n


·


3


,


∴


T


n


=


. < /p>


4


1


-


3


+


变式训练


3



已知等差数列


{


a


n


}


的首项


a


1


=


1


,公差


d


>0


,且第


2


项、第


5


项、第


14


项分别是等比数


列


{


b


n


}


的第


2


项、第


3


项、第


4


项.



(1)


求数 列


{


a


n


}< /p>


、


{


b


n


}


的通项公式;



c


1


c


2


c


n


(2)


设数列


{


c


n


}


对


n


∈


N


*


,均有


+


+…+


=


a


n


+


1


成立,求


c


1


+


c


2


+…+


c


2 013


.


b


1


b


2


b


n


解



(1)


∵


a


2


=


1


+


d


,


a


5


=


1


+

< br>4


d


,


a


14


=


1


+


13


d


,


d


> 0


,



∴


(1


+


4


d


)


2


=


(1


+


d


)(1


+


13


d


)


,解得


d


=


2.


则


a


n


=


1


+

< p>
(


n


-


1)


×


2


=


2

< br>n


-


1.


b

< br>3


9


-


-


-


又


∵


b


2


=


a


2


=


3


,


b


3


=


a


5


=


9


,


∴


等比数列

< p>
{


b


n


}


的公比


q


=


=


=


3.


∴


b

< br>n


=


b


2


q


n


2


=


3


×


3


n


2


=


3


n


1


.


b


2


3

< p>
c


n


-


1


c


1


c


2

c


n


c


1


c


2


c


n


(2 )


由


+


+


…< /p>


+


=


a


n


+


1


,得当


n


≥


2


时,


+


+


…


+


=


a


n


,两式相减,得


=


a


n


+


1


-


a


n


=


2


,



b

< br>1


b


2


b


n


b


1


b


2


b


n


b


n


-


1



3


,


n


=


1


,



c


1

< br>-


∴


c


n


=


2


b


n


=


2


×


3


n


1


(


n


≥


2)


而当


n


=


1


时,


=


a


2


,


∴


c


1


=


3.


∴


c


n


=



n


-


1


b


1



2


×< /p>


3


,


n


≥


2.



∴


c


1


+


c


2


+


…


+


c

< br>2 013


=


3


+


2


×


3


+

< br>2


×


3


+


…


+


2


×


3


题型四



分组转化法求和



1


2


2 012


6


-


6


×


3


2 012


=


3


+


=


3


-


3


+


3


2 013


=


3


2 013


.


1


-


3



例


4



等比数 列


{


a


n


}< /p>


中,


a


1


,


a


2


,


a


3


分别是下表第一、二、三行中的某一个数,且


a


1


,


a


2< /p>


,


a


3


中的


任何两个数不在下表的同一列


.



第一行



第二行



第三行



(1)


求数列


{


a


n


}


的通项公式;



(2)

< p>
若数列


{


b


n

< p>
}


满足:


b


n

< p>
=


a


n


+


(


-


1)


n

< br>ln


a


n


,求数列

< p>
{


b


n


}


的前


n


项和


S


n


.


审题破题


< p>
(1)


可以通过逐个验证来确定数列的前三项,进而求得

< br>a


n


;


(2)

< br>可以分组求和:将


{


b


n


}


前


n


项和转化为数 列


{


a


n


}< /p>


和数列


{(


-


1 )


n


ln


a


n


}


前


n


项的 和.



解



( 1)


当


a


1


=


3


时,不合题意;当


a


1


=


2


时,当且仅当


a


2


=


6


,


a


3


=

< br>18


时,符合题意;



当


a


1


=


10


时,不合题意.因此


a


1


=


2


,


a


2


=


6


,


a


3


=


18.


所以公 比


q


=


3.


故


a


n


=


2·< /p>


3


n


1


(


n


∈


N


*


)


.



-


第一列



3



6



9



第二列



2



4



8



第三列



10


14


18

< br>(2)


因为


b


n


=


a


n


+

(


-


1)


n


ln


a


n


=


2·


3


n


1


+


(


-


1)


n


ln(2·


3


n


1


)


=


2·


3


n


1


+


(< /p>


-


1)


n


[ln 2


+


(


n


-< /p>


1)ln 3]



-

-


-


=


2·


3


n


1


+


(


-


1)


n


(l n 2


-


ln 3)


+


(


-


1)


n

< br>n


ln 3


,



-


所以


S


n

< br>=


2(1


+


3

< br>+


…


+


3


n


1


)


+


[


-


1


+


1


-


1


+


…


+


(


-


1)

< p>
n


]


·


(ln 2


-


ln 3)


+

[


-


1


+


2


-


3


+


…< /p>


+


(


-


1)


n


n


]


ln 3.


1


-


3


n


n


n


所以当


n


为偶数时,


S


n


=


2


×


+


ln 3


=


3


n


+< /p>


ln 3


-


1


;


< /p>


2


1


-


3


2


n


1


-

< p>
3


n


-


1


n


-


1


当


n


为奇数时,


S


n


=


2


×

-


(ln 2


-


ln 3)


+



-


n

< p>
ln 3


=


3


n


-


2


ln 3


-


ln 2


-


1.



2



1


-


3< /p>


-






综上所述,


S


=< /p>



n


-


1


3


-



2

< p>
ln 3


-


ln 2


-


1


,




n


为奇数


.


n


n


n


3


n


+


ln 3


-


1


,







n


为偶数,


2




变式训练


4



在等差数列


{


a


n


}


中,


a


3


+


a


4


+< /p>


a


5


=


42


,


a


8


=


30.


(1)


求数列


{


a


n


}


的通 项公式;



(2)


若数列


{


b


n


}

< br>满足


b


n


=

(


3)


a


n


+


2


+


λ


(


λ


∈


R


)


,则是否存在这样的实数


λ


使得

< p>
{


b


n


}


为等比数列;



2


,


n


为奇数




(3)


数列


{


c


n


}


满足


c


n


=



1


,


T


n


为数列


{


c


n


}

< br>的前


n


项和,求


T


2


n


.


a


,


n


为偶数


-




2


n

1


解



(1)

因为


{


a


n


}


是一个等差数列,所以


a


3


+


a


4


+

< p>
a


5


=


3


a


4


=


42

< br>,


∴


a


4


=


14.


设数列


{


a


n


}


的公差为


d


,则


4


d


=


a


8


-

a


4


=


16


,故


d


=


4.


故


a


n


=


a


4


+


(


n


-


4)


d


=


4


n


-


2.


(2)


b


n


=


(


3)


+


n


-


1



a


n


+


2


2

< br>+


λ


=


9


n


+


λ


.


假 设存在这样的


λ


使得


{


b


n


}


为等比数列,则


b


n


b


n

< p>
+


2


,



+


1


=


b

n


·


+


即


(9


n


1


+


λ


)


2


=


(9< /p>


n


+


λ


)·


(9


n


2


+


λ


)


,整理可得


λ< /p>


=


0


,即存在


λ


=


0


使得


{< /p>


b


n


}


为等比数 列.



n


-


1




2


,


n


为奇数


(3)


∵


c


n


=



,





2


n


-


3


,


n


为偶数



∴


T


2


n

< br>=


1


+


(2

×


2


-


3)


+


2


2


+


( 2


×


4


-


3)


+


2


4


+


…


+


2


2


n


2


+


(2

< p>
×


2


n


-


3)


-


=


1


+


2


2


+

2


4


+


…


+


2


2


n


2< /p>


+


4(1


+


2< /p>


+


…


+


n


)


-


3


n

< p>


1


-


4


n


n



n

+


1



4


n


-


1


=


+< /p>


4


×


-


3


n


=


+


2

< p>
n


2


-


n


.


2


3


1

< br>-


4


-


题型五

< br>


错位相减法求和



1


1


1


例


5



已知公差不为


0


的等差数 列


{


a


n


}< /p>


的首项


a


1


=< /p>


2


,且


,


,


成等比数列.



a


1


a


2


a


4< /p>


(1)


求数列


{


a


n


}


的通项公式;

< br>


(2)


若数列


{


b


n


}


满足


b


1


+


2

b


2


+


2


2


b


3


+…+


2


n


1


b


n< /p>


=


a


n


,求数列


{


nb


n


}< /p>


的前


n


项和


T< /p>


n


.


-


审题破题



(1)


列方程求


{


a

< br>n


}


的通项公式;


(2)


先求


b


n


(


两式相减


)


,再用错位相减法求


T


n


.


1

< br>


2


1


1


2


解



(1)


设等差数列


{


a


n

< br>}


的公差为


d


,由



=


·


,得


(


a


1


+

d


)


=


a


1


(


a


1


+< /p>


3


d


)


.



a



2

< p>


a


1


a


4


因为


d


≠

< br>0


,所以


d


=

< br>a


1


=


2


,所以


a


n


=


2


n


.


(2)

b


1


+


2


b


2


+


4


b< /p>


3


+


…


+


2


n


1


b

< p>
n


=


a


n


-


-





















①



②



b


1


+


2


b


2


+


4


b


3


+


…


+


2

< br>n


1


b


n


+


2


n


b


n


+


1


=


a


n


+


1


②


-


①


得:


2


n


·


b


n


+


1


=


2.


∴


b


n


+

1


=


2


1


n


.


-


1


2


3


n


1


1


2


3


n


-


当


n


=


1


时,


b


1


=


a


1


=


2

,


∴


b


n


=


2


2


n


.< /p>


T


n


=


-


1


+


0


+

< p>
1


+


…


+


n


-


2


,

T


n


=


0


+


1


+


2


+< /p>


…


+


n


-


1


,



2

< p>
2


2


2


2


2


2


2


2

1


1


1


1


1


n


n


上两式相减得

< br>T


n


=


2


+


0


+


1


+


…


+


n


-


2


-


n


-


1


=


2


+


2



1


-

< br>2


n


-


1



-


n


-


1


,



2


2


2




2


2


2


n


+


2


∴


T


n

< br>=


8


-


n


-


2


.


2


变式训练


5



设等差数列


{


a


n


}


的前


n


项和为


S


n


,且


S


4


=


4


S


2


,


a


2


n


=


2


a


n


+


1.


(1)


求数列


{


a


n


}


的通项公式;



a


n


+


1


(2 )


设数列


{


b


n


}


的前


n


项 和为


T


n


,且


T


n


+


n


=< /p>


λ


(


λ


为常数< /p>


)


.令


c


n


=


b


2


n


,


n


∈


N


*


,求数列


{


c

< p>
n


}


的


2


这个冬季-


这个冬季-


这个冬季-


这个冬季-


这个冬季-


这个冬季-


这个冬季-


这个冬季-