【高中数学】第4章 4.3.1 等比数列的概念(第2课时)
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4.3.1 等比数列的概念(第2课时)
素养目标
学科素养
1.能够根据等比数列的定义和通项公式推出等比数列的常用性质.
2.能够运用等比数列的性质解决有关问题.(重点)
3.能够运用等比数列的知识解决简单的实际问题.
1.数学运算; 2.逻辑推理
情境导学
一组有趣的对话,折了38次的纸,最后一次的厚度可是一个庞大的数字哦!
1.等比数列的性质
(1)若m +n =p +q (m ,n ,p ,q ∈N *),则a m ·a n =a p ·a q ; 若m +n =2k (m ,n ,k ∈N *),则a 2k =a m ·
a n . (2)若数列{a n }是等比数列,则{|a n |},{a 2n
},⎩⎨⎧⎭
⎬⎫
1a
n 仍为等比数列.
判断(正确的打“√”,错误的打“×”).
(1)在等比数列{a n }中,若a m a n =a p a q ,则m +n =p +q .(×)
(2)若数列{a n },{b n }都是等比数列,则数列{a n +b n }也一定是等比数列.(×) (3)若数列{a n }是等比数列,则{λa n }也是等比数列.(×)
2.等比数列性质的应用
一般来说,当三个数成等比数列时,可设这三个数分别为a ,aq ,aq 2或a
q ,a ,aq ,此时公
比为q ;当四个数成等比数列时,可设这四个数分别为a ,aq ,aq 2,aq 3(公比为q ),当四个数均为正(负)数时,可设为a q 3,a
q
,aq ,aq 3(公比为q 2).
(1)在等比数列{a n }中,若a 1=1
9
,a 4=3,则该数列前五项的积为__1__.
(2)已知三个数成等比数列,它们的积为27,它们的平方和为91,则这三个数是1,3,9或-1,3,-9或9,3,1或-9,3,-1.
1.对任意等比数列{a n },下列说法一定正确的是( ) A .a 1,a 3,a 9成等比数列 B .a 2,a 3,a 6成等比数列 C .a 2,a 4,a 8成等比数列 D .a 3,a 6,a 9成等比数列
D 解析:当下标成等差数列时,对应的项成等比数列. 2.在等比数列{a n }中,若a 2a 8=9,则a 3a 7=( ) A .3 B .±3 C .9
D .±9
C 解析:∵2+8=3+7,∴a 3a 7=a 2a 8=9.
3.在等比数列{a n }中,若a 3a 4a 5=3,a 6a 7a 8=24,则a 9a 10a 11=( ) A .48 B .72 C .144
D .192
D 解析:∵a 6a 7a 8
a 3a 4a 5=q 9=8(q 为公比),
∴a 9a 10a 11=a 6a 7a 8q 9=24×8=192.
4.在由正数组成的等比数列{a n }中,若a 4a 5a 6=3,则log 3a 1+log 3a 2+log 3a 8+log 3a 9的值为________.
43 解析:因为a 4a 6=a 25,所以a 4a 5a 6=a 35=3,解得a 5=313.因为a 1a 9=a 2a 8=a 25,所以log 3a 1+log 3a 2+log 3a 8+log 3a 9=log 3(a 1a 2a 8a 9)=log 3a 45=log 3343=43
. 5.在等比数列{a n }中,a 9+a 10=a (a ≠0),a 19+a 20=b ,则a 99+a 100=________.
b 9a 8 解析:因为a 19+a 20=a 9q 10+a 10q 10=(a 9+a 10)q 10=aq 10=b ,所以q 10=b a ,a 99+a 100=q 90(a 9+a 10)=a ⎝⎛⎭⎫b a 9=b 9
a 8.
【例1】(1)在等比数列{a n }中,若a 3=1
2
,a 9=2,则a 15=________.
(2)已知公比为q 的等比数列{a n },a 5+a 9=q ,则a 6(a 2+2a 6+a 10)的值为________. (3)在等比数列{a n }中,a 7a 11=6,a 4+a 14=5,则a 20
a 10等于________.
(1)8 (2)1 (3)32或2
3
解析:(1)∵a 3a 15=a 2
9,∴a 15=a 29a 3=22
1
2
=8.
(2)∵a 5+a 9=q ,∴a 4+a 8=1,
∴a 6(a 2+2a 6+a 10)=a 6a 2+2a 26+a 6a 10=a 24+2a 4a 8+a 28=(a 4+a 8)2=1.
(3)设公比为q .
∵a 7a 11=a 4a 14=6,又a 4+a 14=5,
∴⎩⎪⎨⎪⎧ a 4=2,a 14=3或⎩⎪⎨⎪⎧
a 4=3,a 14=2,
∴q 10=a 14a 4=32或2
3,
∴a 20a 10=q 10=32或2
3
.
等比数列的常用性质:
(1)设{a n }为等比数列,m ,n ,p ,q ∈N *,若m +n =p +q ,则a m ·a n =a p ·a q .若m +n =2p ,则a m a n =a 2p .
(2)若{a n }为等比数列,m ,n ∈N *,则a m a n =q m -n .
(3)若{a n }为等比数列,则数列{a 2n }为等比数列.
(4)若数列{a n }是公比为q 的等比数列,则数列⎩⎨⎧⎭
⎬⎫1a n 是公比为1
q 的等比数列.
(5)等比数列{a n }中,每隔k 项取出一项,按原来的顺序排列,所得数列仍为等比数列,且公比为q k +
1.
在等比数列{a n }中,a 2+a 5=18,a 3·a 4=45,求a n .
解:设等比数列{a n }的公比为q .
根据题意,得⎩⎪⎨⎪
⎧
a 2a 5=a 3a 4=45,a 2+a 5=18,
解得⎩⎪⎨⎪⎧ a 2=3,a 5=15或⎩⎪⎨⎪⎧
a 2=15,
a 5=3.
∴q =513或q =5-13
.
∴a n =3×5n -23或a n =3×55-n 3
.
【例2】2017年,某县甲、乙两个林场森林木材的存量分别为16a 和25a ,甲林场木材存量每年比上一年递增25%,而乙林场木材存量每年比上一年递减20%. (1)哪一年两林场木材的总存量相等? (2)两林场木材的总量到2021年能否翻一番? 解:(1)由题意可得
16a (1+25%)n -
1=25a (1-20%)n -
1, 解得n =2,
故到2019年两林场木材的总存量相等.
(2)令n =5,则a 5=16a ⎝⎛⎭⎫544
+25a ⎝⎛⎭⎫454<2(16a +25a ), 故到2021年不能翻一番.
一般地,涉及产值增长率、银行利息、细胞繁殖等实际问题时,往往与等比数列有关,可建立等比数列模型进行求解.
一种专门占据内存的计算机病毒开始时占据内存2 KB ,然后每3分钟自身复制一次,复制后所占内存是原来的2倍,那么开机后________分钟,该病毒占据内存64 MB(1 MB =210 KB).
45 解析:3分钟后占据内存22 KB ,两个3分钟后占据内存23 KB ,三个3分钟后占据内存24 KB ,……,n 个3分钟后占据内存为2n +
1 KB .令2n +
1=64×210=216,得n =15.所以
15×3=45(分钟),故开机后45分钟,该病毒占据内存64 MB .
探究题1 已知数列{a n }是公差为2的等差数列,且a 1,a 2,a 5成等比数列,则a 2的值为( ) A .3 B .-3 C .2
D .-2
A 解析:∵a 1,a 2,a 5成等比数列, ∴a 22=a 1a 5=(a 2-2)(a 2+6),解得a 2=3.
探究题2 已知等比数列{a n },各项都是正数,且a 1,1
2a 3,2a 2成等差数列,则a 9+a 10a 7+a 8=( )
A .3+2 2
B .1- 2
C .1+ 2
D .3-2 2 A 解析:∵a 1,1
2a 3,2a 2成等差数列,
∴a 3=a 1+2a 2.
∴a 1q 2=a 1+2a 1q ,即q 2-2q -1=0, ∴q =1±2.
∵a n >0,∴q =1+ 2.
∴a 9+a 10a 7+a 8=(a 7+a 8)q 2a 7+a 8
=q 2=(1+2)2=3+2 2. 探究题3 有四个实数,前三个数成等比数列,后三个数成等差数列,前三个数之积为27,中间两个数之和为9,求这四个数.
解:(方法一)设前三个数分别为a
q ,a ,aq (a ≠0),则第四个数为2aq -a .
由题意得⎩⎪⎨⎪⎧
a q ·a ·qa =27,a +aq =9,
解得⎩⎪⎨⎪⎧
a =3,
q =2,
∴这四个数分别为3
2
,3,6,9.
(方法二)设后三个数分别为a -d ,a ,a +d (a ≠0),则第一个数为(a -d )2
a
.
由题意得⎩⎪⎨⎪⎧
(a -d )2a (a -d )a =27,
a -d +a =9,
化简得⎩⎪⎨⎪⎧ a -d =3,2a -d =9,解得⎩⎪⎨⎪⎧
a =6,d =3,
∴这四个数分别为3
2
,3,6,9.
(方法三)设前三个数分别为a ,aq ,aq 2(a ≠0),则第四个数应为2aq 2-aq .
由题意得⎩
⎪⎨⎪⎧
a ·
aq ·aq 2=27,aq +aq 2=9,
化简得⎩⎪⎨⎪⎧
aq =3,aq (1+q )=9,解得⎩⎪
⎨⎪⎧
a =3
2,q =2,
∴这四个数分别为3
2
,3,6,9.
探究题4 三个互不相等的实数成等差数列,如果适当安排这三个数,又可以成等比数列,且这三个数的和为6,求这三个数.
解:由题意,这三个数成等差数列,可设这三个数分别为a -d ,a ,a +d .∵a -d +a +a +d =6,
∴a =2,即三个数分别为2-d,2,2+d .
①若2-d 为等比中项,则有(2-d )2=2(2+d ), 解得d =6或d =0(舍去),此时三个数为-4,2,8. ②若2+d 是等比中项,则有(2+d )2=2(2-d ), 解得d =-6或d =0(舍去),此时三个数为8,2,-4. ③若2为等比中项,则有22=(2+d )(2-d ), 解得d =0(舍去).
综上可知,这三个数是-4,2,8或8,2,-4.
探究题5 数列{a n }的前n 项和记为S n ,a 1=1,a n +1=2S n +1(n ≥1). (1)求{a n }的通项公式;
(2)等差数列{b n }的各项为正,其前n 项和为T n ,且T 3=15,又a 1+b 1,a 2+b 2,a 3+b 3成等比数列,求T n .
解:(1)由a n +1=2S n +1, 可得a n =2S n -1+1(n ≥2),
两式相减,得a n +1-a n =2a n ,a n +1=3a n (n ≥2). 又∵a 2=2S 1+1=3,∴a 2=3a 1,
故{a n }是首项为1,公比为3的等比数列, ∴a n =3n -
1.
(2)设{b n }的公差为d ,
由T 3=15,得b 1+b 2+b 3=15,可得b 2=5, 故b 1=5-d ,b 3=5+d . 又a 1=1,a 2=3,a 3=9,
由题意可得(5-d +1)(5+d +9)=(5+3)2, 解得d 1=2,d 2=-10. ∵等差数列{b n }的各项为正, ∴d >0, ∴d =2,∴b 1=3.
∴T n =3n +n (n -1)
2
×2=n 2+2n .
巧设等差数列、等比数列的方法:
(1)若三个数成等差数列,常设成a -d ,a ,a +d ;若三个数成等比数列,常设成a
q ,a ,aq
或a ,aq ,aq 2(a ≠0,q ≠0).
(2)若四个数成等比数列,可设为a
q
,a ,aq ,aq 2(a ≠0,q ≠0).
等差数列{a n }中,a 4=10且a 3,a 6,a 10成等比数列,求数列{a n }前20项的和S 20. 解:设等差数列{a n }的公差为d ,则 a 3=a 4-d =10-d ,a 6=a 4+2d =10+2d , a 10=a 4+6d =10+6d .
由a 3,a 6,a 10成等比数列得,a 3a 10=a 26, 即(10-d )(10+6d )=(10+2d )2, 整理得10d 2-10d =0, 解得d =0或d =1.
当d =0时,S 20=20a 4=200;
当d =1时,a 1=a 4-3d =10-3×1=7, S 20=20a 1+20×192
d =20×7+190=330.
因此,S 20=200或S 20=330.
1.在等比数列{a n }中,a 3=-9,a 7=-1,则a 5的值为( ) A .3或-3 B .3 C .-3
D .不存在
C 解析:a 25=a 3·a 7=9,所以a 5=-3或a 5=3(舍去). 2.已知等比数列{a n }满足a 1+a 2=3,a 2+a 3=6,则a 8=( ) A .243 B .128 C .81
D .64
B 解析:设等比数列{a n }的公比为q ,
∴q =a 2+a 3a 1+a 2=63=2,∴a 1+a 2=3a 1=3,即a 1=1,
∴a 8=a 1q 7=128.
3.等比数列{a n }不具有单调性,且a 5是a 4和3a 3的等差中项,则数列{a n }的公比q =( ) A .-1 B .1 C .-2
D .-3 A 解析:∵a 5是a 4和3a 3的等差中项,∴2a 5=a 4+3a 3,得2a 1q 4=a 1q 3+3a 1q 2,解得q =
3
2或q =-1.又等比数列{a n }不具有单调性,故q =-1.故选A .
4.等比数列{a n }的各项均为正数,公比q ≠1,设P =1
2(log 0.5a 5+log 0.5a 7),Q =log 0.5a 3+a 92,
则P 与Q 的大小关系是( ) A .P ≥Q B .P <Q C .P ≤Q
D .P >Q
D 解析: P =1
2(log 0.5a 5+log 0.5a 7)=log 0.5a 5a 7=log 0.5a 6,Q =log 0.5a 3+a 92≤log 0.5a 3a 9=
log 0.5a 6 (当且仅当a 3=a 9时取等号). ∵{a n }各项均为正数且q ≠1,∴a 3≠a 9, ∴Q <log 0.5a 6.∴P >Q .故选D .
5.设{a n }是等比数列,a 1=1,a 3=3
4a 2.求{a n }的通项公式.
解:设等比数列{a n }的公比为q ,则q =a 3a 2=3
4.
因为a 1=1,所以a n =⎝⎛⎭⎫34n -1
.
1.等比数列的性质及其应用
一方面,等比数列的性质要与等差数列的性质对比记忆,加深理解并作区分;另一方面,等比数列一般运算量大,巧用等比数列的性质,减少计算量这一点很重要.
2.等比数列各项之间可由公比建立关系,在三个(四个)数成等比数列问题中,应注意灵活设项.
课时分层作业(八) 等比数列的概念(第2课时)
(60分钟 110分) 基础对点练
基础考点 分组训练
知识点1 等比数列的性质
1.(5分)公比不为1的等比数列{a n }满足a 5a 6+a 4a 7=8,若a 2a m =4,则m 的值为( ) A .8 B .9 C .10
D .11
B 解析:∵公比不为1的等比数列{a n }满足a 5a 6+a 4a 7=8,∴a 5a 6=a 4a 7=4. ∵a 2·a m =4,∴2+m =5+6=11,解得m =9.故选B .
2.(5分)已知等比数列{a n }的公比q 为正数,且a 3a 9=2a 25,a 2=1,则a 1=( ) A .12
B .
22
C . 2
D .2
B 解析:∵a 3a 9=a 26,∴a 6=2a 5,∴q = 2. ∵a 2=a 1q =1,∴a 1=
2
2
. 3.(5分)在等比数列{a n }中,若a 7=-2,则该数列的前13项的乘积等于( ) A .-213 B .213 C .26
D .-26
A 解析:a 1·a 2·…·a 13=(a 7)13=(-2)13=-213. 知识点2 等比数列的实际应用
4.(5分)一张报纸的厚度为a ,面积为b ,现将此报纸对折(沿对边中点连线折叠)7次,这时报纸的厚度和面积分别为( ) A .8a ,18b
B .64a ,1
64b
C .128a ,1
128
b
D .256a ,1
256
b
C 解析:对折后,报纸的厚度和面积也依次成等比数列,公比分别为2和12
, ∴对折7次后的厚度为27·a =128a ,
面积为⎝⎛⎭⎫127·b =b 128
. 5.(5分)某工厂去年产值为a ,计划10年内每年比上一年产值增长10%,那么从今年起第几年这个工厂的产值将超过2a ?( )
A .6
B .7
C .8
D .9
C 解析:由题意知每年的产值构成以1.1a 为首项,公比为1.1的等比数列,则a n =a ·1.1n . ∴a ·1.1n >2a .∵1.17<2,1.18>2,∴n =8.
知识点3 等比数列的综合应用
6.(5分)已知等差数列{a n }的首项a 1和公差d 均不为零,且a 2,a 4,a 8成等比数列,则a 1+a 5+a 9a 2+a 3
=( )
A .6
B .5
C .4
D .3
D 解析:∵a 2,a 4,a 8成等比数列,∴a 24=a 2a 8,
∴(a 1+3d )2=(a 1+d )(a 1+7d ),
∴d 2=a 1d .
又d ≠0,a 1≠0,∴d =a 1,∴a n =a 1+(n -1)d =na 1≠0,
∴a 1+a 5+a 9a 2+a 3=a 1+5a 1+9a 12a 1+3a 1
=3.故选D . 7.(5分)已知等差数列{a n }的公差为2,若a 1,a 3,a 4成等比数列,则数列{a n }前6项的和为( )
A .-20
B .-18
C .-16
D .-14
B 解析:∵a 1,a 3,a 4成等比数列,∴a 23=a 1·a 4.
∴(a 1+4)2=a 1·(a 1+6).∴a 1=-8.
∴S 6=6×(-8)+6×5×22
=-18. 8.(5分)已知数列{a n }满足log 3a n +1=log 3a n +1(n ∈N *),且a 2+a 4+a 6=9,则log 13
(a 5+a 7+a 9)的值为( )
A .-5
B .-15
C .5
D .15
A 解析:∵log 3a n +1=log 3a n +1,
∴log 3a n +1-log 3a n =1,∴log 3a n +1a n =1, ∴a n +1a n
=3,∴{a n }是等比数列,公比为3. ∴log 13(a 5+a 7+a 9)=log 13[(a 2+a 4+a 6)·q 3]=log 13
(9×27)=-5. 9.(5分)已知数列{a n }是公比为2的等比数列,满足a 6=a 2a 10.设等差数列{b n }的前n 项和为S n ,若b 9=2a 7,则S 17=( )
A .34
B .39
C .51
D .68
D 解析:∵a 6=a 2a 10=a 26, ∴a 6=1.∴a 7=2a 6=2.
∴b 9=4.∴S 17=17(b 1+b 17)2
=17b 9=17×4=68. 能力提升练能力考点 拓展提升
10.(5分)在等比数列{a n }中,a 1=1,公比q ≠±1.若a m =a 1a 2a 3a 4a 5,则m 等于( )
A .9
B .10
C .11
D .12
C 解析:∵a m =a 1a 2a 3a 4a 5=a 53=q 10=a 11,
∴m =11.
11.(5分)已知等比数列{a n }满足a 1=3,且4a 1,2a 2,a 3成等差数列,则a 3+a 4+a 5等于( )
A .33
B .84
C .72
D .189
B 解析:设等比数列{a n }的公比为q ,由4a 1,2a 2,a 3成等差数列,得4a 1+a 3=4a 2,即12+3q 2=4×3q ,解得q =2,∴a 3+a 4+a 5=a 1q 2+a 1q 3+a 1q 4=3×(22+23+24)=84.
12.(5分)(多选)在正项等比数列{a n }中,已知a 1a 2a 3=4,a 4a 5a 6=12,a n -1a n a n +1=324,则( )
A .q 2=3
B .a 32=4
C .a 4a 6=2 3
D .n =14
BD 解析:设数列{a n }的公比为q ,由a 1a 2a 3=4=a 31q 3与a 4a 5a 6=12=a 31q 12可得q 9=3,a 32=
4,a 35=12,AC 不正确.
又a n -1a n a n +1=a 31q 3n -
3=324,
因此q 3n -
6=81=34=q 36,所以n =14.故选BD .
13.(5分)已知数列{a n }是等比数列,且a 3+a 5=18,a 9+a 11=144,则a 6+a 8=________.
±362 解析:设等比数列{a n }的公比为q , ∵a 9+a 11a 3+a 5
=q 6=14418=8, ∴q 3=±2 2.
∴a 6+a 8=(a 3+a 5)·q 3=18×(±22)=±36 2.
14.(5分)公差不为零的等差数列{a n }中,2a 3-a 27+2a 11=0,数列{b n }是等比数列,且b 7=a 7,则b 6b 8=________.
16 解析:∵2a 3-a 27+2a 11=2(a 3+a 11)-a 27=4a 7-a 27=0,b 7=a 7≠0,∴b 7=a 7=4.∴b 6b 8=b 27=16.
15.(10分)设公比不为1的等比数列{a n }满足a 1a 2a 3=-18
,且a 2,a 4,a 3成等差数列,求a 1.
解:设{a n }的公比为q (q ≠1),
∵a 1a 2a 3=a 32=-18,∴a 2=-12
. ∵a 2,a 4,a 3成等差数列,∴2a 4=a 2+a 3.
∴2×⎝⎛⎭⎫-12·q 2=-12+⎝⎛⎭
⎫-12·q , 解得q =-12
或q =1(舍). ∴a 1=a 2q
=1. 16.(10分)已知四个数成等比数列,其乘积为1,第2项与第3项之和为-32
,求这四个数.
解:设四个数依次为a ,aq ,aq 2,aq 3,则⎩⎪⎨⎪⎧ a 4q 6=1,aq (1+q )=-32,解得⎩⎪⎨⎪⎧ a =-18,q =-4或⎩⎪⎨⎪⎧
a =8,q =-14.
故所求四个数依次为-18,12,-2,8或8,-2,12,-18
. 17.(10分)已知数列{a n }是首项为1,公比为q 的等比数列.
(1)求证:当0<q <1时,{a n }是递减数列.
(2)若对任意k ∈N *,都有a k ,a k +2,a k +1成等差数列,求q 的值.
(1)证明:∵a n =q n -1,
∴a n +1-a n =q n -q n -1=q n -
1(q -1).
当0<q <1时有q n -1>0,q -1<0,
∴a n +1-a n <0,
∴{a n }为递减数列.
(2)解:∵a k ,a k +2,a k +1成等差数列, ∴2a k +2=a k +a k +1.
∴2q k +1-(q k -1+q k )=0,
即q k -1·(2q 2-q -1)=0.
∵q ≠0,∴2q 2-q -1=0,解得q =1或q =-12
. 18.(10分)设数列{a n }的前n 项和为S n ,已知a 1=1,S n +1=4a n +2,且b n =a n +1-2a n .
(1)求证:数列{b n }是等比数列.
(2)求数列{a n }的通项公式.
(1)证明:由S n +1=4a n +2,S n +2=4a n +1+2,两式相减,得 S n +2-S n +1=4(a n +1-a n ),即a n +2=4a n +1-4a n , ∴b n +1b n =a n +2-2a n +1a n +1-2a n =4a n +1-4a n -2a n +1a n +1-2a n
=2. 当n =1时,由S 2=4a 1+2得a 2=5, ∴b 1=a 2-2a 1=3,
∴{b n }是首项为3,公比为2的等比数列.
(2)解:由(1)知等比数列{b n }中,首项b 1=3,公比q =2,
∴a n +1-2a n =3×2n -1,则a n +12
n +1-a n 2n =34, ∴因此数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n 2n 是首项为12,公差为34的等差数列, ∴a n 2n =12+(n -1)×34=34n -14
, ∴a n =(3n -1)·2n -2.。