高考数学专题复习导练测 第六章 高考专题突破三 高考中的数列问题 理 新人教A版

高考专题突破三 高考中的数列问题考点自测1．公比不为1的等比数列{a n }的前n 项和为S n ，且－3a 1，－a 2，a 3成等差数列，若a 1＝1，则S 4等于( )A ．－20B ．0C ．7D ．40 答案 A解析 设等比数列{a n }的公比为q ，其中q ≠1， 依题意有－2a 2＝－3a 1＋a 3，－2a 1q ＝－3a 1＋a 1q 2≠0. 即q 2＋2q －3＝0，(q ＋3)(q －1)＝0， 又q ≠1，因此有q ＝－3，S 4＝1×[1－－34]1＋3＝－20，故选A.2．数列{a n }中，已知对任意n ∈N *，a 1＋a 2＋a 3＋…＋a n ＝3n－1，则a 21＋a 22＋a 23＋…＋a 2n 等于( ) A ．(3n－1)2B.12(9n－1) C ．9n －1 D.14(3n－1) 答案 B解析 a 1＝2，a 1＋a 2＋…＋a n ＝3n－1，①n ≥2时，a 1＋a 2＋…＋a n －1＝3n －1－1，②①－②得a n ＝3n －1·2(n ≥2)，n ＝1时，a 1＝2适合上式，∴a n ＝2·3n －1.∴a 21＋a 22＋…＋a 2n ＝a 211－9n1－9＝41－9n1－9＝12(9n－1)． 3．等差数列{a n }的前n 项和为S n ，且a 1>0，S 50＝0.设b n ＝a n a n ＋1a n ＋2(n ∈N *)，则当数列{b n }的前n 项和T n 取得最大值时，n 的值是( ) A ．23 B ．25 C ．23或24 D ．23或25答案 D解析 因为S 50＝502(a 1＋a 50)＝25(a 25＋a 26)＝0，a 1>0，所以a 25>0，a 26<0，所以b 1，b 2，…，b 23>0，b 24＝a 24a 25a 26<0，b 25＝a 25a 26a 27>0， b 26，b 27， 0且b 24＋b 25＝0，所以当数列{b n }的前n 项和T n 取得最大值时，n 的值为23或25.4．已知数列{a n }的前n 项和为S n ，对任意n ∈N *都有S n ＝23a n －13，若1<S k <9 (k ∈N *)，则k 的值为________． 答案 4解析 当n >1时，S n －1＝23a n －1－13，∴a n ＝23a n －23a n －1，∴a n ＝－2a n －1，又a 1＝－1，∴{a n }为等比数列，且a n ＝－(－2)n －1，∴S k ＝－2k－13，由1<S k <9，得4<(－2)k<28， 又k ∈N *，∴k ＝4.5．把一数列依次按第一个括号内一个数，第二个括号内两个数，第三个括号内三个数，第四个括号内一个数，…循环分为(1)，(3,5)，(7,9,11)，(13)，(15,17)，(19,21,23)，(25)，…，则第50个括号内各数之和为________． 答案 392解析 将三个括号作为一组，则由50＝16×3＋2，知第50个括号应为第17组的第二个括号，即第50个括号中应是两个数．又因为每组中含有6个数，所以第48个括号的最末一个数为数列{2n －1}的第16×6＝96项，第50个括号的第一个数应为数列{2n －1}的第98项，即为2×98－1＝195，第二个数为2×99－1＝197，故第50个括号内各数之和为195＋197＝392.故填392.题型一 等差数列、等比数列的综合问题例1 设{a n }是公比大于1的等比数列，S n 为数列{a n }的前n 项和．已知S 3＝7，且a 1＋3,3a 2，a 3＋4构成等差数列．(1)求数列{a n }的通项；(2)令b n ＝ln a 3n ＋1，n ＝1,2，…，求数列{b n }的前n 项和T n .解 (1)由已知得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＋a 2＋a 3＝7，a 1＋3＋a 3＋4＝6a 2，解得a 2＝2.设数列{a n }的公比为q ，由a 2＝2，可得a 1＝2q，a 3＝2q ，又S 3＝7，可知2q＋2＋2q ＝7，即2q 2－5q ＋2＝0.解得q 1＝2，q 2＝12.∵q >1，∴q ＝2，∴a 1＝1. 故数列{a n }的通项为a n ＝2n －1.(2)由于b n ＝ln a 3n ＋1，n ＝1,2，…， 由(1)得a 3n ＋1＝23n， ∴b n ＝ln 23n＝3n ln 2.又b n ＋1－b n ＝3ln 2，∴{b n }是等差数列， ∴T n ＝b 1＋b 2＋…＋b n ＝n b 1＋b n2＝3nn ＋12·ln 2.故T n ＝3n n ＋12ln 2.思维升华 (1)正确区分等差数列和等比数列，其中公比等于1的等比数列也是等差数列． (2)等差数列和等比数列可以相互转化，若数列{b n }是一个公差为d 的等差数列，则{ab n }(a >0，a ≠1)就是一个等比数列，其公比q ＝a d ；反之，若数列{b n }是一个公比为q (q >0)的正项等比数列，则{log a b n }(a >0，a ≠1)就是一个等差数列，其公差d ＝log a q .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 }与{b n }的通项公式；(2)设数列{c n }对n ∈N *均有c 1b 1＋c 2b 2＋…＋c n b n＝a n ＋1成立，求c 1＋c 2＋c 3＋…＋c 2 013. 解 (1)由已知有a 2＝1＋d ，a 5＝1＋4d ，a 14＝1＋13d ， ∴(1＋4d )2＝(1＋d )(1＋13d )，解得d ＝2 (因为d >0). ∴a n ＝1＋(n －1)·2＝2n －1.又b 2＝a 2＝3，b 3＝a 5＝9，∴数列{b n }的公比为3， ∴b n ＝3·3n －2＝3n －1.(2)由c 1b 1＋c 2b 2＋…＋c n b n＝a n ＋1，得 当n ≥2时，c 1b 1＋c 2b 2＋…＋c n －1b n －1＝a n . 两式相减得，c n b n＝a n ＋1－a n ＝2. ∴c n ＝2b n ＝2·3n －1(n ≥2)．又当n ＝1时，c 1b 1＝a 2，∴c 1＝3.∴c n ＝⎩⎪⎨⎪⎧3 n ＝1，2·3n －1n ≥2.∴c 1＋c 2＋c 3＋…＋c 2 013 ＝3＋6－2×32 0131－3＝3＋(－3＋32 013)＝32 013.题型二 数列的通项与求和例2 已知数列{a n }的前n 项和为S n ，且a 1＝12，a n ＋1＝n ＋12n a n .(1)证明：数列{a n n}是等比数列； (2)求通项a n 与前n 项的和S n . (1)证明 因为a 1＝12，a n ＋1＝n ＋12n a n ，当n ∈N *时，a n n≠0.又a 11＝12，a n ＋1n ＋1∶a n n ＝12(n ∈N *)为常数， 所以{a n n }是以12为首项，12为公比的等比数列．(2)解 由{a n n }是以12为首项，12为公比的等比数列，得a n n ＝12×(12)n －1， 所以a n ＝n ×(12)n.∴S n ＝1·(12)＋2·(12)2＋3·(12)3＋…＋n ·(12)n，12S n ＝1·(12)2＋2·(12)3＋…＋(n －1)(12)n ＋n ·(12)n ＋1， ∴12S n ＝(12)＋(12)2＋(12)3＋…＋(12)n －n ·(12)n ＋1 ＝12－12n ＋11－12－n ·(12)n ＋1，∴S n ＝2－(12)n －1－n ·(12)n＝2－(n ＋2)·(12)n.综上，a n ＝n ·(12)n ，S n ＝2－(n ＋2)·(12)n.思维升华 (1)一般数列的通项往往要构造数列，此时要从证的结论出发，这是很重要的解题信息．(2)根据数列的特点选择合适的求和方法，本题选用的错位相减法，常用的还有分组求和，裂项求和．已知数列{a n }的各项均为正数，前n 项和为S n ，且S n ＝a n a n ＋12，n ∈N *.(1)求证：数列{a n }是等差数列；(2)设b n ＝12S n ，T n ＝b 1＋b 2＋…＋b n ，求T n .(1)证明 ∵S n ＝a n a n ＋12，n ∈N *，∴当n ＝1时，a 1＝S 1＝a 1a 1＋12(a n >0)，∴a 1＝1.当n ≥2时，由⎩⎪⎨⎪⎧2S n ＝a 2n ＋a n ，2S n －1＝a 2n －1＋a n －1，得2a n ＝a 2n ＋a n －a 2n －1－a n －1. 即(a n ＋a n －1)(a n －a n －1－1)＝0， ∵a n ＋a n －1>0，∴a n －a n －1＝1(n ≥2)．∴数列{a n }是以1为首项，以1为公差的等差数列． (2)解 由(1)可得a n ＝n ，S n ＝n n ＋12，b n ＝12S n ＝1n n ＋1＝1n －1n ＋1. ∴T n ＝b 1＋b 2＋b 3＋…＋b n＝1－12＋12－13＋…＋1n －1n ＋1＝1－1n ＋1＝nn ＋1. 题型三 数列与不等式的综合问题例3 (2013·广东)设数列{a n }的前n 项和为S n ，已知a 1＝1，2S n n ＝a n ＋1－13n 2－n －23，n ∈N *.(1)求a 2的值；(2)求数列{a n }的通项公式；(3)证明：对一切正整数n ，有1a 1＋1a 2＋…＋1a n <74.(1)解 2S 1＝a 2－13－1－23，又S 1＝a 1＝1，所以a 2＝4.(2)解 当n ≥2时，2S n ＝na n ＋1－13n 3－n 2－23n ，2S n －1＝(n －1)a n －13(n －1)3－(n －1)2－23(n －1)，两式相减得2a n ＝na n ＋1－(n －1)a n －13(3n 2－3n ＋1)－(2n －1)－23，整理得(n ＋1)a n ＝na n ＋1－n (n ＋1)， 即a n ＋1n ＋1－a n n ＝1，又a 22－a 11＝1， 故数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 是首项为a 11＝1，公差为1的等差数列，所以a n n＝1＋(n －1)×1＝n ，所以a n ＝n 2， 所以数列{a n }的通项公式为a n ＝n 2，n ∈N *. (3)证明 当n ＝1时，1a 1＝1<74；当n ＝2时，1a 1＋1a 2＝1＋14＝54<74；当n ≥3时，1a n ＝1n2<1n －1n ＝1n －1－1n，此时1a 1＋1a 2＋1a 3＋…＋1a n ＝1＋14＋132＋142＋…＋1n 2<1＋14＋12×3＋13×4＋…＋1n n －1＝1＋14＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12－13＋⎝ ⎛⎭⎪⎫13－14＋…＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1－1n＝54＋12－1n ＝74－1n <74， 所以对一切正整数n ，有1a 1＋1a 2＋…＋1a n <74.思维升华 (1)以数列为背景的不等式恒成立问题，多与数列求和相联系，最后利用函数的单调性求解．(2)以数列为背景的不等式证明问题，多与数列求和有关，有时利用放缩法证明．已知等差数列{a n }中，a 2＝6，a 3＋a 6＝27.(1)求数列{a n }的通项公式；(2)记数列{a n }的前n 项和为S n ，且T n ＝S n3·2n －1，若对于一切正整数n ，总有T n ≤m 成立，求实数m 的取值范围．解 (1)设公差为d ，由题意得：⎩⎪⎨⎪⎧a 1＋d ＝6，2a 1＋7d ＝27，解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝3，d ＝3，∴a n ＝3n .(2)∵S n ＝3(1＋2＋3＋…＋n )＝32n (n ＋1)，∴T n ＝n n ＋12n，∴T n ＋1－T n ＝n ＋1n ＋22n ＋1－n n ＋12n＝n ＋12－n2n ＋1，∴当n ≥3时，T n >T n ＋1，且T 1＝1<T 2＝T 3＝32，∴T n 的最大值是32，故m ≥32.(时间：80分钟)1．已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ，n ∈N *，a 3＝5，S 10＝100. (1)求数列{a n }的通项公式；(2)设b n ＝22n an ＋，求数列{b n }的前n 项和T n . 解 (1)设等差数列{a n }的公差为d ，由题意，得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＋2d ＝5，10a 1＋10×92d ＝100，解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝1，d ＝2，所以a n ＝2n －1.(2)因为b n ＝22n an ＋＝12×4n ＋2n ，所以T n ＝b 1＋b 2＋…＋b n＝12(4＋42＋ (4))＋2(1＋2＋…＋n ) ＝4n ＋1－46＋n 2＋n ＝23×4n ＋n 2＋n －23. 2．已知数列{a n }的前n 项和为S n ，且对任意的n ∈N *有a n ＋S n ＝n . (1)设b n ＝a n －1，求证：数列{b n }是等比数列； (2)设c 1＝a 1且c n ＝a n －a n －1(n ≥2)，求{c n }的通项公式． (1)证明 由a 1＋S 1＝1及a 1＝S 1得a 1＝12.又由a n ＋S n ＝n 及a n ＋1＋S n ＋1＝n ＋1得a n ＋1－a n ＋a n ＋1＝1，∴2a n ＋1＝a n ＋1.∴2(a n ＋1－1)＝a n －1，即2b n ＋1＝b n . ∴数列{b n }是以b 1＝a 1－1＝－12为首项，12为公比的等比数列． (2)解 由(1)知2a n ＋1＝a n ＋1， ∴2a n ＝a n －1＋1(n ≥2)． ∴2a n ＋1－2a n ＝a n －a n －1(n ≥2)， 即2c n ＋1＝c n (n ≥2)．又c 1＝a 1＝12，2a 2＝a 1＋1，∴a 2＝34.∴c 2＝34－12＝14，即c 2＝12c 1.∴数列{c n }是首项为12，公比为12的等比数列．∴c n ＝12·(12)n －1＝12n .3．已知数列{a n }的前n 项和S n ＝2a n －2n ＋1.(1)证明：数列{a n2n }是等差数列；(2)若不等式2n 2－n －3<(5－λ)a n 对∀n ∈N *恒成立，求λ的取值范围． (1)证明 当n ＝1时，S 1＝2a 1－22得a 1＝4.S n ＝2a n －2n ＋1，当n ≥2时，S n －1＝2a n －1－2n，两式相减得a n ＝2a n －2a n －1－2n ，即a n ＝2a n －1＋2n ，所以a n 2n －a n －12n －1＝2a n －1＋2n 2n－a n －12n －1＝a n －12n －1＋1－a n －12n －1＝1. 又a 121＝2， 所以数列{a n2n }是以2为首项，1为公差的等差数列．(2)解 由(1)知a n2n ＝n ＋1，即a n ＝(n ＋1)·2n.因为a n >0，所以不等式2n 2－n －3<(5－λ)a n 等价于5－λ>2n －32n ，记b n ＝2n －32n ，n ≥2时，b n ＋1b n ＝2n －12n ＋12n －32n ＝2n －14n －6， 所以n ≥3时b n ＋1b n <1，(b n )max ＝b 3＝38， 所以λ<378. 4．已知等差数列{a n }的前n 项和为S n ，等比数列{b n }的前n 项和为T n ，它们满足S 4＝2S 2＋8，b 2＝19，T 2＝49，且当n ＝4或5时，S n 取得最小值．(1)求数列{a n }，{b n }的通项公式；(2)令c n ＝(S n －λ)(12－T n )，n ∈N *，如果{c n }是单调数列，求实数λ的取值范围． 解 (1)设{a n }的公差为d ，{b n }的公比为q ， 因为当n ＝4或5时，S n 取得最小值，所以a 5＝0， 所以a 1＝－4d ，所以a n ＝(n －5)d ，又由a 3＋a 4＝a 1＋a 2＋8，得d ＝2，a 1＝－8，所以a n ＝2n －10；由b 2＝19，T 2＝49得b 1＝13， 所以q ＝13，所以b n ＝13n . (2)由(1)得S n ＝n 2－9n ，T n ＝12－12·3n ， c n ＝n 2－9n －λ2·3n ，当{c n }为递增数列时，c n <c n ＋1，即λ>n 2－10n ＋4恒成立，∴λ∈∅，当{c n }为递减数列时，c n >c n ＋1，即λ<n 2－10n ＋4恒成立，∴λ<－21，综上，实数λ的取值范围为(－∞，－21)．5．已知正项数列{a n }，{b n }满足：a 1＝3，a 2＝6，{b n }是等差数列，且对任意正整数n ，都有b n ，a n ，b n ＋1成等比数列．(1)求数列{b n }的通项公式；(2)设S n ＝1a 1＋1a 2＋…＋1a n ，试比较2S n 与2－b 2n ＋1a n ＋1的大小． 解 (1)∵对任意正整数n ，都有b n ，a n ，b n ＋1成等比数列，且数列{a n }，{b n }均为正项数列， ∴a n ＝b n b n ＋1(n ∈N *)．由a 1＝3，a 2＝6得⎩⎪⎨⎪⎧ a 1＝b 1b 2＝3，a 2＝b 2b 3＝6，又{b n }为等差数列，即有b 1＋b 3＝2b 2，解得b 1＝2，b 2＝322， ∴数列{b n }是首项为2，公差为22的等差数列． ∴数列{b n }的通项公式为b n ＝2n ＋12(n ∈N *)． (2)由(1)得，对任意n ∈N *， a n ＝b n b n ＋1＝n ＋1n ＋22， 从而有1a n ＝2n ＋1n ＋2＝2(1n ＋1－1n ＋2)， ∴S n ＝2[(12－13)＋(13－14)＋…＋(1n ＋1－1n ＋2)] ＝1－2n ＋2. ∴2S n ＝2－4n ＋2. 又2－b 2n ＋1a n ＋1＝2－n ＋2n ＋3， ∴2S n －(2－b 2n ＋1a n ＋1)＝n ＋2n ＋3－4n ＋2＝n 2－8n ＋2n ＋3. ∴当n ＝1，n ＝2时，2S n <2－b 2n ＋1a n ＋1； 当n ≥3时，2S n >2－b 2n ＋1a n ＋1. 6．(2014·四川)设等差数列{a n }的公差为d ，点(a n ，b n )在函数f (x )＝2x 的图象上(n ∈N *)．(1)若a 1＝－2，点(a 8,4b 7)在函数f (x )的图象上，求数列{a n }的前n 项和S n ；(2)若a 1＝1，函数f (x )的图象在点(a 2，b 2)处的切线在x 轴上的截距为2－1ln 2，求数列{a n b n }的前n 项和T n . 解 (1)由已知，得b 7＝2a 7，b 8＝2a 8＝4b 7， 有2a 8＝4×2a 7＝2a 7＋2.解得d ＝a 8－a 7＝2.所以S n ＝na 1＋n n －12d ＝－2n ＋n (n －1)＝n 2－3n . (2)函数f (x )＝2x 在(a 2，b 2)处的切线方程为22a y －＝(22ln 2a )(x －a 2)，它在x 轴上的截距为a 2－1ln 2. 由题意知，a 2－1ln 2＝2－1ln 2， 解得a 2＝2. 所以d ＝a 2－a 1＝1，从而a n ＝n ，b n ＝2n .所以T n ＝12＋222＋323＋…＋n －12n －1＋n 2n ， 2T n ＝11＋22＋322＋…＋n 2n －1. 因此，2T n －T n ＝1＋12＋122＋…＋12n －1－n 2n ＝2－12n －1－n 2n ＝2n ＋1－n －22n . 所以T n ＝2n ＋1－n －22n .。