第18讲 等差数列、等比数列

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  考情分析
  等差数列和等比数列与高中数学的有些章节具有相应的应用与交汇.各地以往的高考中一般在选择题、填空题中考查等差(比)数列的定义、基本量的运算和特有性质,而在解答题中考查等差(比)的判断与证明、求通项公式、与函数及不等式的综合考查等.
  统计表明,各地高考试卷大多设置一大一小两题,涉及该讲知识的大约10分.其中的小题,并多在选择题居中的位置,或填空题靠后的位置,一般为基本运算或类比推理等.而大题位置靠前,并设置在本道题的第一小问,一般以考查等差(比)基础知识和基本运算为主,更多地是为第二问及以后的运算解答提供支持与铺垫.
  各地文、理科试卷在选择部分与大题中出现时的差别不大,往往文理科试卷题完全一样,而若以填空题出现时文理通常以姊妹题的方式出现.
  命题特点
  等差、等比数列是一个重要的数列类型,高考命题主要考查等差、等比数列的概念、基本量的运算及由概念推导出的一些重要性质,灵活运用这些性质解题,可达到避繁就简的目的.解等差、等比数列的问题时,通常考虑两类方法:①基本量法,即运用条件转化成关于[a1]和[d](或[q])的方程(组);②巧妙运用等差、等比数列的性质.
  1. 等差、等比数列的基本运算
  例1 等比数列[x,3x+3,6x+6,…]的第四项等于 ( )
  A.-24 B.0
  C.12 D.24
  解析 因为[x,3x+3,6x+6,…]成等比,则[(3x+3)2=x(6x+6)],解得:[x=-3].由等比数列性质[a1?a4=a2?a3]得:[-3×a4=-6×(-12)],解得第四项等于-24.
  点拨 解决特殊数列——等差或等比数列的基本运算问题的关键是利用好公式.以本题为例,首先利用等比中项知识建立了关于未知数[x]的方程,再利用等比的性质:当正整数[p,q,r,s]满足[p+q=r+s]时,[ap?aq=ar?as],从而获解.
  例2 已知[△ABC]的一个内角为[120°],并且三边长构成公差为4的等差数列,则[△ABC]的面积为________.
  解析 设三边长分别为[a-4,a,a+4(a>4)],显然边[a+4]所对的内角为[120°],由余弦定理得:[(a+4)2=a2+(a-4)2-2a(a-4)cos120°?a=10],即三边长为[6,10,14],因此[SΔABC=12×10×6sin120°=153].
  点拨 本题对三角形三边赋值时采用了常用的技巧——对称设法,此时三个数成等差时设为:[a-d,a,a+d;]四个数成等差可设为:[a-3d,a-d,a+d,a+3d]等.
  例3 对于整数数列[an],如果[ai+i][(i=1,2,3,…)]为完全平方数,则称数列[an]具有“高大上品质”.不论数列[an]是否具有“高大上品质”,如果存在与[an]不是同一数列的[bn],且[bn]同时满足下面两个条件:①[b1,b2,b3,...,bn]是[a1,a2,a3,...,an]变换次序后的另一个排列;②数列[bn]具有“高大上品质”,则称数列[an]具有“高大上潜质”.下面三个数列:①数列[an]的前[n]项和[Sn=n3(n2-1)];②数列1,2,3,4,5;③1,2,3,…,11.具有“高大上品质”的为________;具有“高大上潜质”的为___________.
  解析 对于①,当[n≥2]时,[an=Sn-Sn-1=n2-n,]又[a1=0],[所以an=n2-n(n∈N*)].所以[ai+i=i2(i=1,2,3,…)]是完全平方数,数列[an]具有“高大上品质”.对于②,数列1,2,3,4,5具有“高大上潜质”,数列[bn]为3,2,1,5,4.对于③,数列1,2,3,…,11不具有“高大上潜质”,因为11,4都只有5的和才能构成完全平方数,所以数列1,2,3,…,11不具有“高大上潜质”.故具有“高大上品质”的为①;具有“高大上潜质”的为②.
  点拨 本题是由数列的基础知识引出的一种探索问题,构思起点高,但解决问题的手段很常规.考生在碰到此类问题时要细致品味个中涵义,不能被表面的文章所禁锢.
  2. 等差、等比数列的判定
  等差、等比数列的判定通常作为解答题的第1问来考查,一般用下面的基本方法来判定:①利用定义:[an+1-an=]常数,或[an+1an=]常数;②利用中项的性质:[2an=an-1+an+1(n≥2)]或[a2n=an-1?an+1(n≥2)].
  例4 已知数列[an]满足:[a1=1,a2=3],且[an+2=3an+1-2an],令[bn=an+1-an].
  (1)证明:数列[bn]是等比数列;
  (2)求数列[an]的通项公式.
  解析 (1)因为[an+2=3an+1-2an],
  ∴[an+2-an+1=2(an+1-an)].
  又因为[a1=1,a2=3],所以[b1=a2-a1=2],则[bn+1bn=2].
  故数列[bn]是首项为[2],公比为2的等比数列.
  (2)由(1)得,[bn=2n],
  所以[an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1]
  [=bn-1+bn-2+b1+a1][=2n-1+2n-2+…+2+1=2n-1].
  点拨 本题主要考查等比数列的判定及数列求和,同时考查推理论证能力及转化化归能力.
  3. 创新与拓展
  例5 古希腊毕达哥拉斯学派的数学家研究过各种多边形数. 如三角形数1,3,6,10,[1,a1,a3],第[n]个三角形数为[n(n+1)2=12n2+12n]. 记第[n]个[k ]边形数为[N(n,k) (k≥3)],以下列出了部分[k ]边形数中第[n]个数的表达式:   三角形数 [N(n,3)=12n2+12n],
  正方形数 [N(n,4)=n2],
  五边形数 [N(n,5)=32n2-12n],
  六边形数 [N(n,6)=2n2-n],
  …
  可以推测[N(n,k)]的表达式,由此计算[N(10,24)=]_________.
  解析 三角形数[N(n,3)=12n2+12n],正方形数[N(n,4)=n2=(12+12︸2×12)n2+(12-12)n,],五边形数[N(n,5)=32n2-12n=(12+12+12︸3×12)n2+(12-12-12)n],六边形数[N(n,6)=2n2-n=(12+12+12+12︸4×12)n2+(12-12-12-12︸2×(-12))n],
  …
  推测[k]边形
  [N(n,k)=(12+12+...+12+12︸(k-2)×12)n2+(12-12-12-12-...-12︸(k-4)×(-12))n][=12(k-2)n2-12(k-4)n].
  所以[N(10,24)=12×(24-2)×102-12×(24-4)×10]
  [=1100-100=1000].
  点拨 对课本上出现的三角形数、四边形数加以引申与拓展,利用类比和推理的方式思考问题,展现出数学学习中不断深化、不断提高、循序渐进的理念.对问题的不断探求有助于加深我们对基础知识的认知.
  备考指南
  (1)要把握基础知识, 在复习时,首先要把握好等差、等比数列的概念与通项公式的推导方法,熟练掌握它们基本量与其他量间的互化关系.同时要熟练并准确掌握与之相关的等差、等比中项概念与运算公式等.
  (2)重点掌握等差、等比数列各自特殊的性质,并达到准确熟练运用的能力.
  (3)善于利用类比和归纳推理的方法将非等差(比)数列,通过适当变形、换元等方式,从而转化变成等差(比)数列,达到从一般到特殊的转化目标.
  限时训练
  1.在等差数列[an]中,[a3+a4+a5=12],那么[a1+a2+…+a7=] ( )
  A.14 B.21 C.28 D.35
  2.在[a,b]之间插入[n]个数构成等差数列,则其公差为 ( )
  A.[b-an] B.[a-bn+1] C.[b-an+1] D.[b-an-1]
  3. 在等比数列[an]中,已知[a1=19,a5=9] ,则[a3=] ( )
  A.1 B.3 C.[±1] D.[±3]
  4. 数列[an]是公差不为0的等差数列,且[a1,a3,a7]为等比数列[bn]的连续三项,则数列[bn]的公比为 ( )
  A. [2] B. [4] C. [2] D. [12]
  5. 如果[-4,a,b,c,-9]成等比数列,那么 ( )
  A. [b=6,ac=36] B. [b=-6,ac=36]
  C.[b=±6,ac=-36] D. [b=±6,ac=36]
  6. 数列[an]的首项为3,[bn]为等差数列且[bn=an+1-an],若[b3=-2,b10=12],则[a8=] ( )
  A. 0 B. 3 C. 8 D. 11
  7. 两个正数[a,b(a>b)]的等差中项是[52],[-6]是它们的等比中项,则双曲线[x2a2-y2b2=1]的离心率[e]= ( )
  A. [52] B. [132] C. [53] D. [133]
  8. 已知方程[(x2-2x-m)(x2-2x+n)=0]的四个根组成一个首项为[14],公差为正的等差数列,则[m-n=] ( )
  A. [-118] B. [±118] C. [±12] D. [12]
  9. 已知等比数列[an],记[bn=am(n-1)+1+am(n-1)+2+...][+am(n-1)+m],[cn=am(n-1)+1?am(n-1)+2?...?am(n-1)+m(m,n∈N*)],记公比为[q],则一定正确的是 ( )
  A. 数列[bn]为等差数列,公差为[qm]
  B. 数列[bn]为等比数列,公比为[q2m]
  C. 数列[cn]为等比数列,公比为[qm2]
  D. 数列[cn]为等比数列,公比为[qmm]
  10.已知数列[an]满足[3an+1+an=0,a2=-43,]则[an]的前10项积等于 ( )
  A.[31-3-10] B.[31+3-10]
  C.[-410345] D.[410345]
  11.若[2,a,b,c,9]成等差数列,则[c-a=]_________.
  12.设等比数列[an]的首项为[1],公比为[-2],则[a1+|a2|+a3+|a4|=]_________.
  13.等差数列[an]中,公差[d≠0],且[2a3-a72+2a11=0],数列[bn]是等比数列,且[b7=a7],则[b6b8]=___________.
  14.观察下列等式:
  (1+1)=2×1
  (2+1)(2+2)=[22×1×3]
  (3+1)(3+2)(3+3)=[23×1×3×5]
  照此规律, 第[n]个等式可为________.
  15.已知等差数列[an]的公差[d=1],前[n]项和为[Sn].
  (1)若[1,a1,a3]成等比数列,求[a1];
  (2)若[S5>a1a9],求[a1]的取值范围.
  16. 已知数列[an]满足:[a1=1,a2=a(a>0).]数列[bn]满足[bn=anan+1].
  (1)若[an]是等差数列,且[b3=12,]求[a]的值及[an]的通项公式;
  (2)当[bn]是公比为[3a+4]的等比数列时,[an]能否能构成等比数列?若能,求出[a]的值;若不能,请说明理由.
  17. 等差数列[an]的前[n]项和为[Sn],已知[a1=2,][S6=22].
  (1)求[Sn];
  (2)若从[an]中抽取一个公比为[q]的等比数列[akn],其中[k1=1],且[k1  18. 给定常数[c>0],定义函数[f(x)=2|x+c+4|-|x+c|],数列[a1,a2,a3,…]满足[an+1=f(an),n∈N*].
  (1)若[a1=-c-2],求[a2]及[a3];
  (2)求证:对任意[n∈N*,an+1-an≥c];
  (3)是否存在[a1],使得[a1,a2,…an,…]成等差数列?若存在,求出所有这样的[a1],若不存在,请说明理由.
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