(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
-
第
2
讲
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:
p>
(1)
证明当
n
取第一个值
n
0
(
n
0
∈
N
)
时
,
命题成
立.
(2)
假设当
< br>n
=
k
(
k
∈
N
,
且
k
≥
n
0
p>
)
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
)
p>
已知
n
∈
N
,
S
n
=
(
n
+1)·(
n
+2)…(
n
+
n<
/p>
),
T
n
=
p>
2
×
1
×
3
×…×
(2
n
-
1)
.
(1)
求
S
1
,
S
2
,
S
3
,
T
< br>1
,
T
2
,
T
3
;
(2)
猜想
S
n
与
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
时
,
S
1
=
T
1
;
②假设当
n
=
k
(
k
≥1
且
k
∈
N
)
时
,
S
k
=
T
k
,
即
(
k
+
1)(
k
+2)…(
k
+
k
)
=
2
×
1
×
3
×…×
(2
k
-
1)
,
则当
n
=
k
+
1
时
,
k
*
*
*
p>
*
*
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
+
2)
2
×
1
×
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
.
即
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
p>
=
k
证明
n
=
k
+
1
时
,
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
p>
=
4,
a
4
=
S
3
.
数列
{
b
n
}
满足:
对每个
*
n
∈
p>
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)
记
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
p>
1
+
3
d
,
解得
a
1
=
0,
d
=
2.
从而
a
n
=
2
n
-
2,
n
∈
N
.
所以
S
n
=
n
-
n
,
n
∈
N
.
由
S
n
+
b
n
,
S
p>
n
+
1
+
b
n
,
S
n
+
2
+
< br>b
n
成等比数列得
(
S
n
+
1
+
b
n
)
=
(
S
n
+
b
n
)(
S
n
+
2
p>
+
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
-
1
*
,
n
∈
N
.
< br>n
(
n
+
1
)
我们用数学归纳法证明.
p>
①当
n
=
1
时
,
c
1
=
0<2,
不等式成立;
②假设
n
=
k
(
k
∈
N
p>
)
时不等式成立
,
即
*
c
1<
/p>
+
c
2
+…+<
/p>
c
k
<2
k
p>
,
那么
,
当
p>
n
=
k
+
1
时
,
c
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
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
+…+
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
,
若
S
n
=
2<
/p>
n
-
a
n
,
则数列
{
a
n
}
的通项公式为
_
_______
.
(2)
在数列
{
a
n
}
中
,
若
a
1
=
1,
< br>a
n
+
1
=
2
a
n
+
3(
n
≥1)
,
则该数列的通项公式
a
n
=
________
.
(3)
设
S
n
是正项数列
{
a
n
}
的前
n
项和
,
且
a
n
和
S
n
满足:
4
S
n
=
p>
(
a
n
+
1)
(
n
=
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(
p>
n
+
1)
-
a
n
+
1
,
后式减去前式
,
得
p>
S
n
+
1
-
S
n
=
2
-
2
a
< br>n
+
1
+
a
n
,
即
a
n
+
1
=
p>
a
n
+
1,
变形为
a
n
+
1
-
2
=
(
a
n
-
2),
则数列
{
a
n
-
2}
是以
a
1
-
2
为首项
,
为公比
1
2
1
2
1
2
1
的等比数列.又
a
1
=
2
-
a
1
,
a
1
=
1,
则
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
+
p>
2
×
3
+2×3+
3
=…
=<
/p>
2
=
2
n
-
1
3
2
·
a
1
+
2
+
3(2
n
-
2
·
3
+
2
n
-
3
n
-
3
·<
/p>
3
+…+
3
n
+
1
n
-
p>
1
n
-
2
+
2
+…+
1)
=
2
-
3.
法二:
(
构造法
)
设
a
n
+
p>
a
=
2(
a
n
-
1
+
a
),
即
a
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.
所以
a
n
+
3
=
(
< br>a
1
+3)·2
又
a
1
=
1,
所以
a
n
=
< br>2
n
+
1
n
-
1
.
-
3.
2
a
n
1
p>
(3)
由题知
S
n
=
+
p>
,
当
n
=
1
时
,
易得
a
1
=
1.
2
2
a
n
1
a
n
-
1
1
a<
/p>
n
=
S
n
-
S
n
-
1
=
+
-
+
2
2
2
2<
/p>
a
n
a
n
-
1
+
1
·
a
n
-
a
n
-
1
=
+<
/p>
2
2
2
2
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
p>
-
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
p>
【答案】
(1)
a
n
=
2
-<
/p>
2
n
-
1
(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
)
+
(
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)
p>
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
后
,<
/p>
结合新等比数列的公
式或性质来求解与转化.
(3)
由
a
n
与
S
n
的递推关系求数列通项公式的步骤
第一步:令
n
=
1,
由
< br>S
n
=
f
(
a
n
)
求
出
a
1
;
<
/p>
第二步:
令
n
≥
2
,
构造
a
n
=
S
n
-
p>
S
n
-
1
,
用
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
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
{a
n
}
满足:
2
∈
N
.
(1)
求
a
1
,
a
2
及数列
{
a
n
}
的通项公式;
(2)
若数列
{
b
n
}
p>
满足
b
1
=
1,
解:
(1)
n<
/p>
=
1
时
a
1
=
1,
*
p>
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
时
2
a
1
p>
+
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
①
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
,
故
a
n
=
2
-
n<
/p>
.
(2)
b
n
+
1
-
b
p>
n
=
(2
-
n
)2
,
有
n
b
-
b
=0×2
…
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
-
n
)×2
n
-
1
(
n
≥2)①
,
2
b
n
=
2
+1×2
+0×2
+…+
(3
-
n
)×2
(
n
≥2)②
,
2
3
n
p>
1
-
2
n
n
②-①得
b
n
=
2
-
1
-1×2
+
2
+
(3
-
n
)2
=
(4
-
n
)2
-
5(
n
≥2)
,
1
-
2
1
2
n
-
2
b
1
< br>=
1
满足上式
,
故
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)
p>
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
,
则
求和时可用分组求和法
,
分别求和而后相加减.
(2)
p>
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.
p>
(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.
p>
[
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,
且
a
3
+
a
4
+
a
5
=
28,
a
4
+
2
是
p>
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
}
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,
且
a
n
+
1
+
a
n
=
2(
a
n
+
1
a
p>
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
+
2
+…+
2
<
.
a
1
a
2
a
n
4
< br>【解】
(1)①由
a
4
+
2
是
a
3
,
a
< br>5
的等差中项得
a
3
+
a
5
=
2
a
4
+
4,
所以
a
3
< br>+
a
4
+
a
5
=
3
a
4
+
4
=
p>
28,
解得
a
4
=
8.
1
由
a
3
p>
+
a
5
=
20
得
8
q
+
=
20,
q
1
解得
q
=
2
或
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
p>
}
前
n
项和为
p>
S
n
.
S
p>
1
,
n
=
1
,
由
c
n
=
解得
c
n
=
4
n
-
1.
S
n
-
S
n
-
1
,
n<
/p>
≥
2
,
由①可知
a
n
=
p>
2
n
-
1
,
1
所以
b
n
+
1
-
b
n
< br>=
(4
n
-1)·
2
< br>
1
故
b
n
-
b
n
-
1
=
p>
(4
n
-5)·
2
p>
n
-
1
,
n
-
2
,
n
≥
2,
b
n
-
b
1
=
(
b
n
-
b
n
-
1
)·(
b
n
-
1
-
b
n<
/p>
-
2
)
+…+<
/p>
(
b
3
-
b
2
)
+
(
b
2
-
b
1
)
< br>1
=
(4
n
-5)·
< br>
2
n
-
2
1
+
(4
n
-9
)·
2
n
-
3
p>
1
+…+7·
+
3
.
2
1
2
1
n
-
p>
2
1
设
T
n
=
3
+7·
+11·
+…+
(4
n
p>
-5)·
,<
/p>
n
≥
2,
2<
/p>
2
2
1
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
p>
1
n
-
2
1
n
-
1
1
1
< br>
所以
T
n
=
3
+4·
+4·
+…+4·
-
(4
n
-5)·
,
2
2
2
< br>2
2
1
因
此
T
n
=
14
-
(4
n
+3
)·
2
n
-
2
p>
,
n
≥
2,
p>
1
又
b
1
=
1,
所以
b
n
=
15
-
(4
n
+3)·
2
n
-
2
.
1
2
< br>2
(2)①
a
1
=
1,
且
a
< br>n
+
1
+
a
n
=
2(
a
n
+
1
a<
/p>
n
+
a
n
+
1
-
a
n
-
),
2
可得
a
n
+
1
+
a
n
< br>-
2
a
n
+
1
a
n
-
2
a
n
+
p>
1
+
2
a
n
+
1
=
0,
即有
(
a
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
n
=
1,
则
a
n
=
a
1
+
n
-
1
=
n
,
n
∈
N
.
1
1
②证明:由
2
=
2
<
*
2
2
2
2
a
p>
n
1
1
1
=
-
,
n
>2.
n
n
(
n
-
1
)
n
-
1
n
1
1
1
1
1
1
则
2
+<
/p>
2
+…+
2
=<
/p>
1
+
+
2
+…+
2
a
1
a
2
a
n
4
3
n
1
1
1
1
1
1
1
7
1
7
<1
+
+
-
+
-
+…+
-
=
-
<
p>
,
4
2
3
3
4
n
-
1
n
4
n
4
故原不等式成立.
p>
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
,
p>
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,
当
n
≥2
时
,
a
n
+
2
S
n
-
1
=
p>
n
,
则
S
2 017
=
(
)
A
.
1
006
C
.
1
008
B
.
1 007
D
.
1 009
解析:
选
D.
a
< br>n
+
2
S
n
-
1
=
n
⇒
a
n
+
p>
1
+
2
S
n
=
n
+
1
⇒
a
n
< br>+
1
-
a
n
+
2
a
n
=
1
⇒
a
p>
n
+
1
+
a
n
=
1
⇒
S
2
017
=
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
.
若
S
n
=
2
a
n
-
n<
/p>
,
则
8
+
16
=
________
.
2
a
1
a
2
a
2<
/p>
a
3
+
4
+
a
3
a
4
a
4
a
5
解析:因为
S
n
=
2
a
n
-
n
,
所以
< br>n
≥2
时
,
a
n
=
S
n
-
S
n
-<
/p>
1
=
2
a
n
-
n
-
[2
a
n
-
1
-
(
n
< br>-
1)],
所以
a
n
=
2
a
n
-
1
+
1,
化为:
a
n
< br>+
1
=
2(
a
n
-
1
+
1),
n
=
1
时
,
a
1
=
2
a
1
p>
-
1,
解得
a
p>
1
=
1.
所以数
列
{
a
n
+<
/p>
1}
是等比数列
,
首项为
2,
公比为
2.
所
a
n
+
1
=
2
,
即
a
n
=
2
-
1,
2
1
1
所以
=
=
n
-
n
+
p>
1
.
n
n
+
1
a
n
a
n
+
1
(
2
-
1
)(
2
-
1
)
2
-
1
2
-
1
所以
2<
/p>
2
n
n
n
n
a
1
a
2
+
4
a
2
a
3
+
8
a
3
a
4
+
16
a
4
a
5
=
p>
1
-
2
1
+
2
1
-
3
< br>1
+…+
< br>4
1
-
5
1
=
1
-
p>
2
-
1
2
-
1
2
-
1
2
< br>-
1
2
-
1
2
-
1
p>
1
30
=
.
p>
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
×
p>
1
-
n
2
127
n
解析:选
B.
p>
据已知可转化为
>
,
整理得
2
>128,
解得
n
>7,
故原不等式的初始
1
64
1
-
2