数列与其他知识交汇

来源 :数学金刊·高考版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongshan
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  数列与其他知识相交汇的考题有一定的难度,对能力有较高的要求,侧重于理性思维的考查,试题设计通常以一般数列为主,着重考查推理论证能力与处理交汇性问题的能力. 此类考题在近年高考成相对上升趋势,常以解答题或压轴题的形式呈现,有时也以选择题或填空题的形式呈现,难度为中档或中偏高档. 总分值约为4~12分.
  (1)“交汇型”的数列题,即关注数列与函数、不等式、平面几何、程序框图、归纳推理等相交汇的考题.
  (2)“应用型”的数列题,即关注以实际生活中的应用背景包装的数列题.
  (1)遇山开路,逢水架桥→由于“交汇型” 的数列题既可以是同一数列知识点的“小交汇”,也可以是以数列为主体,横向联系其他知识、跨度较大的“大交汇”,因此应熟练掌握数列的自身的应用技巧,也需掌握与其相交汇的函数、不等式、平面几何、程序框图、归纳推理等知识的应用技巧.
  (2)顺藤摸瓜,因果轮回→有关“应用型”的数列题破解关键:通过阅读命题情景,提取有效的信息,在理解的基础上,建立相应的数列模型. 常见数列模型有:等差数列模型、等比数列模型,以及有关数列递推关系式的模型.
  (3)数列与平面几何的综合,往往从探究数列递推关系开始,探究历程往往是“探寻递推公式→演变成通项公式→①数列前n项和的研究;②通项公式的延续拓展”,所以其突破口是要探究点与点的关系,挖掘数列的递推关系.
  (4)数列是函数概念的继续和延伸,将单调性、最值、周期、对称性及分类思想应用到数列中自然是情理之事. 数列与函数的综合,主要体现在将数列问题转化为函数问题,充分利用函数性质进行解答,这往往需要同学们养成良好的函数解题思维习惯,主动构造函数,借助导数等工具解答.
  例1 在计算机语言中,有一种函数y=INT(x)叫做取整函数(也叫高斯函数),它表示不超过x的最大整数,如INT(0.9)=0,INT(3.14)=3,已知 =0.285714,令an=INT ×10n,b1=a1,bn=an-10an-1(n>1且n∈N),则b2015=_______.
  破解思路 利用新定义的“取整函数”,求出数列{an}的前几项;再利用bn=an-10an-1,求出数列{bn}的前几项,观察其规律,从而可求出b2015的值.
  答案详解 依题意得a1=2,a2=28,a3=285,a4=2857,a5=28571,a6=285714,a7=2857142,…,所以b1=a1=2. 因为bn=an-10an-1,所以b2=8,b3=5,b4=7,b5=1,b6=4,b7=2,所以数列{bn}的周期为6;而2015=335×6 5,余数为5,所以b2015=b5=1.
  例2 数列{an}的前n项和记为Sn,a1=t,点(Sn,an 1)在直线y=2x 1上,其中n∈N .
  (1)若数列{an}是等比数列,求实数t的值;
  (2)设各项均不为0的数列{cn}中,所有满足ci·ci 1<0的整数i的个数称为这个数列{cn}的“积异号数”,令cn= (n∈N ),在(1)的条件下,求数列{cn}的“积异号数”.
  破解思路 (1)利用点(Sn,an 1)在直线y=2x 1上,得出Sn与an 1的关系式;应用an=Sn-Sn-1(n≥2),作差消去Sn,得到数列{an}的相邻两项的递推关系式;利用{an}是等比数列,即可求出参数t的值;
  (2)在(1)的条件下,先求出等比数列{an}的通项公式;由cn= ,可求出数列{cn}的通项公式;通过求解数列{cn}的前几项与判断数列{cn}的单调性,即可求出数列{cn}的“积异号数”.
  答案详解 (1)由题意,当n≥2时,有an 1=2Sn 1,an=2Sn-1 1,两式相减,得an 1-an=2an,即an 1=3an(n≥2),所以,当n≥2时,{an}是等比数列,要使n≥1时{an}是等比数列,则只需 = =3,从而得出t=1.
  (2)由(1)得,等比数列{an}的首项为a1=1,公比q=3,所以an=3n-1,所以cn= = =1- . 因为c1=1- =-3,c2=1- = ,所以c1·c2=-1<0. 因为cn 1-cn= - = >0,所以数列{cn}为单调递增数列. 由c2= >0,得当n≥2时,cn>0,所以数列{cn}的“积异号数”为1.
  例3 给定数列{an},若满足a1=a(a>0且a≠1),对于任意的n,m∈N ,有an m=an·am,则称该数列为指数数列.
  (1)定义在R上的函数y=f(x)满足f(x)f(y)=f(x y),当x>0时, f(x)>1,若数列{an}满足a1=2, f(an 1)= (n∈N ),试证明数列{an}是指数数列.
  (2)若数列{an}是指数数列,a1= (t∈N ),
  ①当n≥2,n∈N时,求证:an>1- ;
  ②求证:数列{an}的任意三项都不构成等差数列.
  破解思路 该题模仿指数函数,定义了指数数列,这类试题的特点是给出了中学数学内容中没有遇到过的新知识,它可以是新的概念、新的定义、新的定理或新的规则、新的情景. 解决这类题目首先要读懂新概念,理解新情景,获取有效信息,然后根据这个新知识作进一步演算或推理,综合运用新的信息和数学知识,分析、解决新情景问题. 第(1)问的突破口是探究抽象函数y=f(x)的单调性,从而脱去符号“f ”,得出数列{an}的递推关系;第(2)问的突破口是数学归纳法和反证法.
  答案详解 (1)因为f(x)f(y)= f(x y),故有f(0)f(1)=f(1). 又当x>0时, f(x)>1,故f(1)≠0,所以f(0)=1>0;当x<0时,-x>0,由f(x)f(-x)=f(0),得f(x)= >0. 所以对于任意实数x, f(x)>0恒成立. 任取x1,x2∈R,且x10,因为f(x2)-f(x1)=f[x1 (x2-x1)]- f(x1)=f(x1)[f(x2-x1)-1]>0,所以f(x2)>f(x1),故函数y=f(x)在R上单调递增. 因为f(an 1)= ,所以有f(an 1-2an)=f(0),所以an 1-2an=0,即an 1=2an,数列{an}是首项为2,公比为2的等比数列,所以an=2n. 显然对于任意的n,m∈N ,恒有an m=an·am,而且a1=2,所以数列{an}是指数数列.   (2)因为数列{an}是指数数列,故对于任意的n,m∈N ,有an m=an·am,所以令m=1,则an 1=an·a1= an,所以{an}是公比为 ,首项为 的等比数列,故an= .
  ①证明(用数学归纳法证明):
  当n=2时,不等式左边= =1- >1- =右边,不等式成立.
  假设当n=k(k∈N ,k≥2)时,不等式成立,即a >1- .
  因为ak 1= = · =ak·1- ,所以可得ak 1>1- ·1- >1- ,所以当n=k 1时,不等式也成立.
  综上所述,当n≥2,n∈N时,不等式都成立.
  ②假设数列{an}中存在三项au,av,aw构成等差数列,不妨设au>av>aw,则u  当t是偶数时,2·(t 4)w-v(t 3)v-u是偶数,(t 4)w-v是偶数,(t 3)v-u是奇数,所以2·(t 4)w-v(t 3)v-u≠(t 4)w-u (t 3)w-u不成立;
  当t是奇数时,2·(t 4)w-v(t 3)v-u是偶数,(t 4)w-v是奇数,(t 3)v-u是偶数,所以2·(t 4)w-v(t 3)v-u=(t 4)w-u (t 3)w-u不成立.
  所以任意t∈N ,2·(t 4)w-v(t 3)v-u=(t 4)w-u (t 3)w-u不成立,这与( )式矛盾,所以假设不成立,故数列{an}的任意三项都不构成等差数列.
  例4 某校高一有学生1000人,每周一次同时在两个可容纳600人的会议室,开设“音乐欣赏”与“美术鉴赏”的校本课程. 要求每个学生都参加,求第一次听“音乐欣赏”课的人数为m(400  (1)若m=500,分别求出第二次、第三次选“音乐欣赏”课的人数a2,a3;
  (2)(ⅰ)证明:数列{an-600}是等比数列,并用n表示an;
  (ⅱ)若要求前十次参加“音乐欣赏”课的学生的总人次不超过5800,求m的取值范围.
  破解思路 (1)依题意得a =0.8an 0.3bn,可求得a2,a3的值.
  (2)(ⅰ)利用an bn=1000与a =0.8an 0.3bn,求数列{an}的递推公式,再利用等比数列的定义,即可得证;(ⅱ)先求数列{an}的前10项和S10,再依S10≤5800,得关于m的不等式,从而求出m的取值范围.
  答案详解 (1)由已知得an bn=1000,又a1=500,所以b1=500,所以a2=0.8a1 0.3b1=550,所以b2=450,所以a3=0.8a2 0.3b2=440 135=575.
  (2)(ⅰ)由(1)得a =0.8an 0.3bn,所以a =0.8an 0.3(1000-an)=0.5an 300,所以a -600= (an-600). 因为m∈(400,600),所以a1-600≠0,所以数列{an-600}是等比数列,所以an-600=(m-600)× ,得an=600 (m-600)× .
  (ⅱ)前十次听“音乐欣赏”课的学生总人次即为数列{an}的前10项和S10,S10=6000 (m-600)×1 … =6000 (m-600)× . 由已知,S10≤5800,所以有600 (m-600)× ≤580,所以m≤499.9. 因为m∈N ,所以m的取值范围是400  1. 过双曲线 - =1(a>0,b>0)的左焦点F作圆O:x2 y2=b2的一条切线,切点为A,双曲线右顶点为B,若AF,OF,BF成等差数列,则双曲线的离心率为( )
  A. B. C. 2 D. 3
  2. 已知等差数列{an}的首项为a1,公差为d,其前n项和为Sn,若直线y= a1x m与圆(x-2)2 y2=1的两个交点关于直线x y-d=0对称,则数列 的前2015项和为_________.
  3. 已知函数f (x)= (其中n为常数,n∈N ),将函数f (x)的最大值记为an,由an构成的数列{an}的前n项和记为Sn.
  (1)求Sn;
  (2)若对任意的n∈N ,总存在x∈(0, ∞)使 a=an,求a的取值范围;
  (3)比较 f (en)与an的大小,并加以证明.
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