数学竞赛教案讲义数列

萌到你眼炸
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2021年02月21日 06:28
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-

2021年2月21日发(作者:爱就是那样简单)


第五章



数列



一、基础知识



定义


1



数 列,按顺序给出的一列数,例如


1


,


2


,


3


,…,


n


,…


.


数列分有穷数列和无穷数


列两种,数列


{


a


n


}


的一般形式通常记作


a

< p>
1


,


a


2


,


a< /p>


3


,


…,


a


n


或


a


1


,


a


2


,


a< /p>


3


,


…,


a


n


…。其中


a


1< /p>


叫做数


列的首项,


a

n


是关于


n


的具体表达式,称为数 列的通项。



定理


1



若


S


n


表示


{


a


n


}


的前


n


项和,则< /p>


S


1


=


a


1


,


当


n


>1


时,


a


n


=S


n


-S


n


-1


.



定义


2



等 差数列,如果对任意的正整数


n


,都有


a


n


+1


-


a


n


=d


(常数)


,则


{


a


n


}


称为等差数列,


d


叫做公差。


若三个数


a


,


b


,


c


成等 差数列,


即


2


b


=


a


+


c


,


则称


b


为


a< /p>


和


c


的等差中项,


若公差为


d,


则


a


=


b


-d,


c


=


b


+d.


定理


2



等 差数列的性质:


1


)通项公式


a


n


=


a


1

< p>
+(


n


-1)d


;


2


)前


n


项和公式:


S


n


=


n


(


a


1



a


n


)


n


(


n



1

< br>)



na


1


d


;


3


)


a


n


-


a< /p>


m


=(


n


-m) d


,


其中


n


, m


为正整数;


4


)

若


n


+m=


p

+


q


,


2


2


则


a


n


+< /p>


a


m


=


a


p


+


a


q

< p>
;


5


)对任意正整数


p< /p>


,


q


,恒有


a


p


-


a


q


=(


p


-


q


)(


a


2


-


a


1


)


;


6


)若


A


,


B


至少有一个不


为零,则


{< /p>


a


n


}


是等差数 列的充要条件是


S


n


=


An


2


+


Bn


.


定义


3



等比数列,


若对任意的正整数


n

,


都有


a


n



1




q


,


则


{


a


n


}


称为等比数列,


q


叫做公比。


a


n

< br>a


1


(


1



q


n


)


定 理


3



等比数列的性质:

< p>
1


)


a


n


=


a


1


q

;


2


)前


n


项和


S


n


,当


q


1


时,


S


n


=


;当


q


= 1


1



q


n< /p>


-1


时,


S


n< /p>


=


na


1


;


3


)如果


a


,


b


,


c


成等 比数列,即


b


2


=

ac


(


b


0)

,则


b


叫做


a

,


c


的等比中项;


4

< p>
)若


m+


n


=

< p>
p


+


q


,则


a


m


a


n

< br>=


a


p


a


q


。



定义


4



极 限,给定数列


{


a


n

< br>}


和实数


A


,若对任意的


>0


,存在


M


,对任 意的


n


>M(


n


∈


N


),


都有


|


a


n


-


A


|<


,则称


A


为


n


→


+


∞时 数列


{


a


n


}


的极限,记作


lim


a


n



A


.


n




定义


5



无穷递缩等比数列,若等比 数列


{


a


n


}


的公比


q


满足


|


q


|<1


,则称之为无穷递增等比数


列,其前


n


项和


S


n


的极限(即其所有项的和)为


a


1


(由极限的定义可得)


。

< p>


1



q


定理


3



第一数学归纳法: 给定命题


p


(


n


)


,若:


(


1


)


p


(


n


0


)


成立;


(


2


)当


p


(


n< /p>


)


时


n


=


k


成立时能


推出


p< /p>


(


n


)


对


n


=


k


+1


成立,则由(


1


)


,< /p>


(


2


)可得命题


p


(


n


)


对一 切自然数


n


≥


n


0


成立。



竞赛常用定理



定理


4



第 二数学归纳法:给定命题


p


(


n


)


,若:


(


1


)


p


(


n

< p>
0


)


成立;


(

< p>
2


)当


p


(


n


)


对一切


n


≤


k


的自


然数


n


都成立时(


k


≥


n


0


)可推出


p


(


k


+1)


成立,则 由(


1


)


,


(


2


)可得命题


p


(


n


)


对一切自然数


n


≥


n


0

成立。



定理


5



对于齐次二阶线性递归数列


x


n


=


ax


n


-1


+


bx


n


-2


,设它的特征方程


x


2


=


ax


+


b


的两个根为


α


,

β


:(1)


若


α

< br>β


,则


x


n

=


c


1


a


n


-1


+


c


2


β


x


n


=(< /p>


c


1


n


+


c


2


)


α


n


-1


n


-1


,其中


c


1


,


c


2


由初始条件


x< /p>


1


,


x


2


的值确定;


(2)


若


α


=


β


,则


,其中


c


1


,


c


2


的值由


x


1


,


x


2


的值确定。



二、方法与例题



1


.不完全归纳法。



这种方法是从特殊情况出发去总结更一般的规律,


当然结论未必都是正确的,< /p>


但却是人类探


索未知世界的普遍方式。通常解题方式为:特殊→猜 想→数学归纳法证明。



例


1



试给出以下几个数列的通项(不要求证明)

< br>;


1


)


0


,


3


,


8


,


15


,


24


,


35


,…;


2


)


1


,


5


,< /p>


19


,


65


,… ;


3


)


-1


,


0


,


3


,


8


,


15


,…。< /p>



例


2



已知数列


{


a


n< /p>


}


满足


a


1


=


1


,


a


1


+


a


2


+


…


+


a

< br>n


=


n


2


a


n


,


n


≥


1


,求通项


a


n


.


2


例


3


< /p>


设


0<


a


<1< /p>


,数列


{


a


n< /p>


}


满足


a


n


=1+


a


,


a< /p>


n


-1


=


a


+


2


迭代法。


< /p>


1


,求证:对任意


n

∈


N


+


,


有


a


n


>1.


a


n


数列的通项


a

< br>n


或前


n


项和

< br>S


n


中的


n

通常是对任意


n


∈


N


成立,因此可将其中的


n


换成


n


+1


或


n


-1


等,这种办法通常称迭代或递推。



例


4



数列


{


a


n


}


满足


a


n


+


pa


n


-1


+


qa


n


-2


=0,


n


≥


3


,


q


0


,求证:存在常数

c


,使得


2


2

n


a


n



1



pa


n



1


·


a


n


+


qa


n



cq



0


.



例


5


< p>
已知


a


1


=0,


a


n


+1


=5


a


n


+


24


a


n



1


,求证:


a


n


都是整数,< /p>


n


∈


N


+


.


3


.数列求和法。



数列求和法主要有倒写相加、裂项求和法、错项相消法等。



例


6



已知


a


n


=


2


1


(


n


=1, 2,


…


)


,求


S


99


=


a


1


+


a


2


+< /p>


…


+


a


99


.


4


n



2


100


例


7



求和:


S


n



1


1


1



.



+


…


+


1



2



3


2

< br>


3



4


n


(


n



1


)(


n



2< /p>


)



a


n



例


8



已知数列


{


a


n


}


满足


a


1


=


a


2


=1

< p>
,


a


n


+2


=


a


n


+1


+


a


n


, S


n


为数列



n



的前


n


项和,求证:


S


n


<2


。




2



4


.特征方程法。



例


9



已知 数列


{


a


n


}


满足


a


1


=3 ,


a


2


=6,

a


n


+2


=4

n


+1


-4


a

n


,求


a


n


.


例


10


已知数列


{


a


n

< br>}


满足


a


1

=3,


a


2


=6,

< p>
a


n


+2


=2

< p>
a


n


+1


+3

< p>
a


n


,求通项


a


n


.


5


.构造等差或等比数列。



例


11



正 数列


a


0


,


a


1


,


…


,


a


n


,


…满足


a


n


a


n



2



a


n



1


a

< br>n



2


=2

a


n


-1


(


n


≥


2)


且


a


0


=


a


1< /p>


=1


,求通项。



2


x


n



2


例


12




已知数列


{


x


n


}


满足


x


1


=2,


x


n


+1


=


,


n


∈


N


+


,


求通项。



2


x


n


三、基础训练题



1


.



数列< /p>


{


x


n


}


满足


x


1


=2, < /p>


x


n


+1


=S< /p>


n


+(


n


+1)


,其中


S


n


为


{


x


n


}


前


n


项和,当


n< /p>


≥


2


时,


x


n


=_________.


2.


数列


{


x


n


}


满足


x


1

< p>
=


2


x


n


1


,


x


n

+1


=


,


则


{


x


n


}


的 通项


x


n


=_________. < /p>


2


3


x


n



2


1


x

< p>
n



1


+2


n


-1(


n


≥


2)


,则


{


x


n


}


的通项


x


n


=_________.


2


3.


数列


{


x


n


}


满足


x


1


=1


,< /p>


x


n


=


4. < /p>


等差数列


{


a


n


}


满足


3


a< /p>


8


=5


a


13< /p>


,且


a


1


>0, S


n


为前


n


项 之和,则当


S


n


最大时,


n


=_________.


5.


等比数列


{


a


n


}


前


n


项之和记为


S


n


,


若


S


10


=10


,

< p>
S


30


=70


,则


S


40


=_________.


6.


数列


{


x


n


}


满足


x


n


+1


=


x< /p>


n


-


x


n


-1


(


n


≥


2)


,


x


1

< p>
=


a


,


x


2


=


b


, S


n


=


x


1

< br>+


x


2


+


…


+


x


n


,则


S


100


=_________.


7.


数列


{


a


n


}


中,


S


n


=


a


1


+


a


2


+


…


+


a


n


=


n


2


-4


n


+1


则


|

< br>a


1


|+|


a

< br>2


|+


…


+|

< br>a


10


|=_________.


8.


若


x


3


x


n


x


1


x


2


,并且


x


1


+


x


2


+


…


+


x

< p>
n


=8


,则


x

< p>
1


=_________.


< br>





x


1



1


x


2



3


x


3



5


x


n



2


n



1


a


S

< br>n


2


n


,则

lim


n


=_________.



n




b


T


n


3


n



1


n


9.


等差数列


{


a


n< /p>


}


,


{


b


n


}


的前


n


项和分别为


S


n


和


T


n


,若


2007


n


2



n



1


10.


若< /p>


n


!=


n


(


n


-1)


…


2


·


1,


则



(



1


)


=_________.


n


!


n



1


n

11


.若


{


a

n


}


是无穷等比数列,


a


n


为正整数,且满足


a


5


+


a


6


=4 8,


log


2


a

2


·


log


2

a


3


+


log

< br>2


a


2


·


log


2


a


5


+


log


2


a

2


·


log


2

a


6


+


log

< br>2


a


5


·


log


2


a


6


=36


,求



1




的通项。

< br>



a


n



n


12


.


已知数列


{


a


n


}


是公差不为零的等差数列,


数列


{


a


b


}


是公比 为


q


的等比数列,


且

< br>b


1


=1,


b


2


=5,


b


3


=17,


求:


(


1


)


q


的值;


(


2


)数列


{


b


n


}


的前


n


项和


S


n


。



四、高考水平训练题


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