(浙江专用)2020高考数学第2讲数学归纳法、数列的通项公式与数列求和教案

别妄想泡我
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2021年02月21日 06:45
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2021年2月21日发(作者:独自等待百度影音)




2




数学归纳法、数列的通项公式与数列求和




数学归纳法



[


核心提炼


]


用数学归纳法证明与自然数有关的数学命题


,


证明步骤:



(1)


证明当


n


取第一个值


n


0


(


n


0



N


)



,


命题成 立.



(2)


假设当

< br>n



k


(


k



N


,



k



n


0


)


时命题成立


,


证 明当


n



k



1


时命题也成立.


< br>由


(1)(2),


可知命题对于从


n


0


开始的所有正整数都成立.



[


典型例题


]



(2019·宁波市九校联考


)


已知


n



N


,


S


n


< p>
(


n


+1)·(


n


+2)…(


n



n< /p>


),


T


n



2


×


1


×


3


×…×


(2


n



1)




(1)



S


1


,


S


2


,


S


3


,


T

< br>1


,


T


2


,


T


3




(2)


猜想


S


n



T


n


的关 系


,


并用数学归纳法证明.



【解】



(1)


S


1



T


1



2,


S


2< /p>



T


2



12,


S


3



T


3



120. < /p>


(2)


猜想:


S


n



T


n


(< /p>


n



N


)




证明:①当


n< /p>



1



,


S


1



T

< p>
1




②假设当


n



k


(


k


≥1



k



N


)


,


S


k



T


k


,



(


k



1)(


k


+2)…(


k



k


)



2


×


1


×


3


×…×


(2


k



1) ,


则当


n



k



1



,


k


*


*


*


*


*


n


S


k



1



(


k



1

< br>+


1)(


k


< br>1


+2)…(


k



1



k


< br>1)(


k



1

< br>+


k


)(


k


1



k



1)



(


k



2)(


k


+3)…(2


k


)(2


k



1)(2


k


< p>
2)


2


×


1

< p>
×


3


×…×(


2


k



1




×


(2


k



1)(2


k



2)


k



1



2


k


< br>1


k


×


1


×


3


×…×


(2

k



1)(2


k

< br>+


1)



T

k



1


.



n



k



1


时也成立


,


由①②可知


,


n


< br>N


,


S


n



T


n


成立.




利用数学归纳法时应注意以下两点



( 1)


这两步合为一体才是数学归纳法


,


缺一不可.其中第一步是基础


,


第二步是递推的依


据.



(2)


用数学归纳法 证明与不等式有关的命题


,


在由


n



k


证明


n



k



1

< p>


,


要准确利用证明


不等 式的基本方法:比较法、分析法、综合法、放缩法等.




[


对点训练


]


(20


19·高考浙江卷


)


设等差数 列


{


a


n


}< /p>


的前


n


项和为


S


n


,


a


3



4,


a


4



S


3


.

< p>
数列


{


b


n


}


满足:


对每个



*



n



N


*


,


S


n



b


n


,


S


n


< br>1



b


n


,


S


n



2



b


n


成等比 数列.



(1)


求数列


{


a


n


},{


b


n


}


的通项公式;



(2)



c


n



a


n


*


*


,


n

< br>∈


N


,


证明:

< br>c


1



c


2


+…+


c


n


<2


n


,


n



N


.


2


b


n


解:


(1)


设数列


{


a


n


}


的公差为


d


,


由题意得



a


1


2


d



4,


a


1



3


d



3


a


1



3


d


,


解得


a


1



0,


d


< p>
2.


从而


a


n



2


n



2,


n



N


.


所以


S


n



n



n

,


n



N


.



S


n



b


n


,


S


n



1



b


n


,


S


n



2


< br>b


n


成等比数列得


< p>
(


S


n



1



b


n

)



(


S


n



b


n


)(


S


n



2



b


n


)




1


2


解得


b


n



(


S


n


1



S


n


S


n



2


)< /p>




2


2


*


*


d


所以


b


n



n



n


,


n

< br>∈


N


.


(2)


证明:


c


n



2


*


a


n


2


b


n


2


n



2


=< /p>


2


n



n



1



n

< p>


1


*


,


n



N


.

< br>n



n



1



我们用数学归纳法证明.



①当


n



1



,


c


1

< p>


0<2,


不等式成立;



②假设


n



k


(


k



N


)


时不等式成立


,




*


c


1< /p>



c


2


+…+< /p>


c


k


<2


k


,


那么


,



n



k



1



,


c

< p>
1



c


2


+…+


c


k



c


k



1

<2


k



2


k



2(


k



1



k


)< /p>



2


k



1,


k



k



1


)(


k



2



<2

< p>
k



1


2


<2


k



< br>k



1


k



1



k


即 当


n



k


+< /p>


1


时不等式也成立.


< br>根据①和②知


,


不等式


c


1



c


2

< p>
+…+


c


n


<2


n


对任意


n



N


成立.




由递推式求数列通项公式



[


核心提炼


]


利用递推法解题的一般步骤



(1)


确定初始值;



(2)


建立递推关系;



(3)


利用递推关系求通项.



[


典型例题


]


*




(1 )


已知数列


{


a


n


}


的前


n


项和为


S


n


,



S


n



2< /p>


n



a


n


,


则数列


{


a


n


}


的通项公式为


_ _______




(2)

< p>
在数列


{


a


n

< p>
}



,



a


1



1,

< br>a


n



1



2


a


n



3(


n


≥1)


,


则该数列的通项公式


a


n

< p>


________




(3)



S


n


是正项数列


{


a


n


}


的前


n


项和


,



a


n



S


n


满足:


4


S


n



(


a


n



1)


(


n


< p>
1,2,3,



),


则< /p>


S


n



____ ____




【解析】



(1)

由于


S


n



2


n



a


n


,


所以


S


n< /p>



1



2(


n



1)



a


n



1

< p>
,


后式减去前式


,



S


n



1



S


n



2



2


a

< br>n



1



a


n


,



a


n



1



a


n



1,


变形为


a


n



1



2


< p>
(


a


n



2),


则数列


{


a

< p>
n



2}


是以

< p>
a


1



2


为首项


,


为公比


1

< p>
2


1


2


1


2



1


的等比数列.又


a


1


< p>
2



a


1


,


a


1


1,



a


n



2



(


- 1)·





2



(2)


法一:

(


递推法


)


n

< br>-


1



1



,


所以


a


n



2



< /p>




2



n



1


.


a


n



2


a


n



1

< br>+


3



2(2

< br>a


n



2



3)



3



2


2


·


a< /p>


n



2


+2×3 +


3



2


a


n



3



2


×


3


+2×3+


3


=…



=< /p>


2



2


n



1


3


2

< p>
·


a


1



2



3(2


n



2


·


3


2


n



3


n



3


·< /p>


3


+…+


3


n



1


n



1


n



2



2


+…+


1)



2



3.


法二:


(


构造法


)



a


n



a



2(


a


n



1


< p>
a


),



a

< p>
n



2


a


n



1


a


,


所以


a



3.


所以


a

n



3



2(


a


n



1



3),


所以


{


a


n



3 }


是公比为


2


的等比数列.

< p>


所以


a


n



3



(

< br>a


1


+3)·2



a


1



1,


所以


a


n


< br>2


n



1


n



1


.



3.


2



a


n


1



(3)


由题知


S


n






,



n



1



,


易得

< p>
a


1



1.

< p>


2


2




a


n


1



a


n



1


1



a< /p>


n



S


n



S


n


< p>
1











2


2




2


2< /p>




a


n


a


n



1

< p>


1



·



a


n


a


n



1






+< /p>




2


2




2


2

< p>





a


n



a

n



1





a


n


-< /p>


a


n



1



,








4




2

< br>2



整理得


2

< br>a


n



a


n



1


a


2


n



a


n



1


2


2


2


2


2



4



a


n

< br>-


a


n



1



2.


2


所以


a


n



2


n



1.


所 以


S


n



n< /p>


.



1



【答案】



(1)


a


n



2


-< /p>





2



n



1

< p>




(2)2


n



1



3


(3)


n


2



由递推式求数列通项公式的常见类型



(1)


形如


a


n



1



a< /p>


n



f


(


n


)


的数列


,


求解此类数列的通项公式一般先通过变形为


a


n



1



a< /p>


n



f


(


n


),


再利用累加法


a


n



(


a< /p>


n



a


n



1


)


< p>
(


a


n



1



a


n


2


)


+…+

(


a


2



a


1


)



a< /p>


1


,


代入相应的关系式

< br>,


再加


以合理的分析与求解.同理


,


形如


a


n



1



f


(< /p>


n


)


a


n


型数列可转化为用累乘法求解.



(2)


形如


a


n



1



ca


n



d


(


c


≠0


,1)


的数列


,


求解此类线性关系的数列的通项公式一般可用待定


系数法


,


通过化归、转化为新的等比数列


a


n



1


λ



c


(


a


n



λ


),


求出


λ



,< /p>


结合新等比数列的公


式或性质来求解与转化.


(3)



a

n



S


n


的递推关系求数列通项公式的步骤



第一步:令


n



1,


< br>S


n



f


(


a


n


)


求 出


a


1



< /p>


第二步:



n


≥ 2


,


构造


a


n



S


n



S


n



1


,



a


n


代换


S


n



S


n



1

(


或用


S


n



S


n



1


代换


a


n


,< /p>


这要结合题目


的特点


),


由递推关系求通项公式;



第三步:验证当

< p>
n



1


时的结论是否适合 当


n


≥2


时的结论.

< br>


如果适合


,


则统一“合写”; 如果不适合


,


则应分段表示.




[


对点训练


]


(2019·浙江省重点中学高三联考


)


已知数列

< p>
{a


n


}


满足:


2



N


.

< p>
(1)



a


1

< p>
,


a


2


及数列

< p>
{


a


n


}


的通项公式;



(2)


若数列


{


b


n


}


满足


b


1



1,


解:


(1)


n< /p>



1



a


1



1,


*


n



1


a


1



2


n



2


a


2

< br>+…+


2a


n



1



a


n


n,n


b


n


1



b


n


n



2


,< /p>


求数列


{


b


n< /p>


}


的通项公式.



a


n


n



2



2


a


1



a


2



2



a


2



0


2


2


n



1


a

1



2


n



2


a


2


+… +


2


a


n


-< /p>


1



a


n



n



< p>
a


1



2


n



3


a

2


+…+


a


n


1



n



1(


n


≥2)②


n



2


①-2×②



a


n


2



n


(


n


≥2)


,


a


1



1


满 足上式


,



a


n



2



n< /p>


.


(2)


b


n



1



b


n



(2



n


)2


,




n




b



b


=0×2

< p>





b



b


=(

< br>3



n


)×2

< br>2


3


2


b


2



b


1


= 1×2


1


累加整理得


,



n


≥2)


n



1


n


n

< br>-


1


b


n



1


+1×2


1

+0×2


2


+…+


(3

< p>


n


)×2


n

< p>


1


(


n


≥2)①


,


2


b

< p>
n



2


+1×2


+0×2


+…+


(3



n


)×2


(


n


≥2)②


,



2


3


n



1



2


n


n


②-①得


b


n



2



1

< p>
-1×2



2



(3



n


)2



(4



n

< p>
)2



5(


n

< p>
≥2)


,


1



2


1


2


n



2


b


1

< br>=


1


满足上式


,



b


n


(4



n


)2

n



5.



数列求和



[


核心提炼


]


几种数列求和的常用方法



(1)


分组求和法:一个数列的通项公式是由若干个等差或等比或可求和的数列组成的


,



求和时可用分组求和法


,


分别求和而后相加减.



(2)


裂项相消法:把数列的通项拆成两项之差


,


在求和时中间的一些项可以相互抵消


,


从而

求得前


n


项和.



(3)


错位相减法:如果一个数列的各项是由一个等差数列和一个等比数列的对 应项之积构


成的


,


那么求这个数列的前


n


项和即可用错位相减法求解.



(4)


倒序相加法:如果一个数列


{


a


n


}


与首末两端等 “距离”的两项的和相等或等于同一个


常数


,

< br>那么求这个数列的前


n


项和即可用倒序相加法求解.



[


典型例题


]



(1)(2018·高考浙江卷


)< /p>


已知等比数列


{


a


n


}


的公比


q


>1,



a


3



a


4



a


5



28,


a


4



2



a


3


,


a


5


的等差中项.数列


{


b


n


}


满足


b


1



1,


数列


{(


b


n


+< /p>


1



b


n


)


a


n


}

< p>
的前


n


项和为


2


n


2



n


.


①求


q


的值;



②求数列


{


b


n


}


的通项公式.


< br>1


2


2


(2)

< br>已知数列


{


a


n


}


满足


a


1

< br>=


1,



a

n



1



a


n



2(


a


n



1


a


n



a


n



1



a


n



)


< br>


2


①求数列


{


a


n


}


的通项公式;



1


1


1


7


②求证:


2


< p>
2


+…+


2


<

< p>
.


a


1


a


2


a


n


4

< br>【解】



(1)①由


a


4



2



a


3


,


a

< br>5


的等差中项得


a


3

< p>


a


5



2


a


4


4,


所以


a


3

< br>+


a


4



a


5



3


a


4



4



28,


解得


a


4



8.



1




a


3



a


5



20



8


< p>
q





20,



q



1


解得


q



2



q


,


2


因为


q

>1,


所以


q


< br>2.


②设


c


n



(


b


n


1



b


n


)


a


n


,< /p>


数列


{


c


n


}



n


项和为


S


n


.






S


1



n



1




c


n




解得


c


n



4

n



1.


S


n



S


n



1



n< /p>



2




由①可知


a


n



2


n



1


,



1


< p>
所以


b


n



1



b


n

< br>=


(4


n


-1)·





2

< br>


1





b


n



b


n



1



(4


n


-5)·





2



n



1


,


n



2


,

< p>
n



2,


b

< p>
n



b


1



(


b


n


b


n



1


)·(


b


n



1



b


n< /p>



2


)


+…+< /p>


(


b


3



b


2


)


< p>
(


b


2



b


1


)


< br>1




(4

n


-5)·



< br>


2



n



2



1




(4


n


-9 )·





2



n



3


1


+…+7·



3 .


2


1



2


1



n



2


1





T


n



3


+7·


+11·




+…+


(4


n


-5)·




,< /p>


n



2,


2< /p>



2




2



1


< p>
2


1



n



2


1


n



1


1


1





T< /p>


n


=3·


+7·




+…+


(4


n


-9)·




(4


n


-5)·




,


2

< br>2



2




2




2



1



2


1



n



2


1



n



1


1


1

< br>




所以

T


n



3


+4·


+4·



+…+4·





(4


n


-5)·


< p>


,


2


2



2



< br>2




2




1



因 此


T


n



14



(4


n


+3 )·





2



n



2


,


n



2,



1




b


1



1,

< p>
所以


b


n



15



(4


n


+3)·




< p>
2



n



2


.


1


2

< br>2


(2)①


a


1



1,



a

< br>n



1



a


n



2(


a


n



1


a< /p>


n



a


n



1



a

< p>
n



),


2

< p>
可得


a


n



1



a


n

< br>-


2


a


n



1


a


n



2


a


n



1



2


a


n



1



0,


即有


(


a

< p>
n



1



a


n


)


2(


a


n



1



a


n


)



1



0,


即为


(


a


n< /p>



1



a


n



1)



0,


可得


a


n



1



a

< p>
n



1,


< p>
a


n



a


1



n


1



n


,


n



N


.


1


1


②证明:由


2



2


<


*


2


2


2


2


a


n


1


1


1




,


n


>2.


n


n


< p>
n



1



n



1


n

1


1


1


1


1


1



2


+< /p>


2


+…+


2


=< /p>


1




2


+…+


2



a


1


a


2


a

< p>
n


4


3


n


1


1


1


1

1


1


1


7


1


7


<1







+…+





<


,


4


2


3


3


4


n


< p>
1


n


4


n


4


故原不等式成立.




数列求和方法选择的依据是该数列的通项公式的特征


,


所以准确求解通项公式是解决此




类问题的基础


,


更要熟记数列求和方法与通项公式之间 的对应


,


记住基本步骤和关键点


,


如错


位相减法中


,


两式作减法后所得式子的项数以及对应项之间的关系


,


求和时注 意等比数列的确


定;裂项相消法的关键在于准确裂项


,


把握相消后所剩式子的结构特征.




[


对点训练


]


1


.(2019·绍兴一中高三期末考试


)

< br>已知数列


{


a


n


}


的前


n


项和为


S


n


,


a

< br>1



1,


n


≥2



,


a


n



2


S


n



1



n


,



S


2 017



(



)


A



1 006










C



1 008


B



1 007


D



1 009

解析:



D.


a

< br>n



2


S


n



1



n



a


n



1



2


S


n



n



1



a


n

< br>+


1



a


n



2


a


n



1



a


n



1



a


n



1



S


2


017

< p>


a


1



(


a


2


a


3


)


+…+

(


a


2 016



a


2 017


)


=1 008×1+


1



1 009,


故选


D.


2



(2019


·杭州市高三期末考试

< br>)


设数列


{


a

< br>n


}


的前


n

项和为


S


n


.


S


n



2


a


n



n< /p>


,



8



16



________



2


a


1


a


2


a


2< /p>


a


3



4



a


3


a

< p>
4


a


4


a


5


解析:因为


S


n

< p>


2


a


n



n


,


所以

< br>n


≥2



,

a


n



S


n



S


n


-< /p>


1



2


a


n



n


< p>
[2


a


n



1



(


n

< br>-


1)],


所以


a

< p>
n



2


a


n



1


1,


化为:


a


n

< br>+


1



2(

a


n



1



1),


n



1



,


a


1



2


a


1



1,


解得


a


1



1.


所以数 列


{


a


n


+< /p>


1}


是等比数列


,


首项为


2,


公比为


2.

< p>


a


n



1



2


,


a


n



2



1,


2


1


1


所以




n



n



1


.


n


n



1


a


n

< p>
a


n



1



2



1

)(


2



1



2



1


2



1


所以


2< /p>


2


n


n


n


n


a


1


a

< p>
2



4


a


2


a


3


8


a


3


a


4



16


a


4


a


5





1



2


1





2


1



3

< br>1



+…+


< br>4


1



5


1




1







2



1


2



1




2



1


2

< br>-


1




2



1


2



1





1


30



.


2



1


31


5


30


答案:



31


专题强化训练


< br>1


1


1


127

< br>*


1


.用数学归纳法证明不等式


1




+…+


n



1


>


(< /p>


n



N


)


成立


,


其初始值至少应取

2


4


2


64


(



)


A



7













C



9


B



8


D



10



1



1


×



1



n




2



127


n


解析:选


B.


据已知可转化为


>


,


整理得


2


>128,


解得

< p>
n


>7,


故原不等式的初始


1


64


1



2


-


-


-


-


-


-


-


-