第11講 數(shù)列問題的題型與方法
數(shù)列是高中數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容,又是學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。高考對本章的考查比較全面,等差數(shù)列,等比數(shù)列的考查每年都不會遺漏。有關(guān)數(shù)列的試題經(jīng)常是綜合題,經(jīng)常把數(shù)列知識和指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和不等式的知識綜合起來,試題也常把等差數(shù)列、等比數(shù)列,求極限和數(shù)學(xué)歸納法綜合在一起。探索性問題是高考的熱點(diǎn),常在數(shù)列解答題中出現(xiàn)。本章中還蘊(yùn)含著豐富的數(shù)學(xué)思想,在主觀題中著重考查函數(shù)與方程、轉(zhuǎn)化與化歸、分類討論等重要思想,以及配方法、換元法、待定系數(shù)法等基本數(shù)學(xué)方法。
近幾年來,高考關(guān)于數(shù)列方面的命題主要有以下三個(gè)方面;(1)數(shù)列本身的有關(guān)知識,其中有等差數(shù)列與等比數(shù)列的概念、性質(zhì)、通項(xiàng)公式及求和公式。(2)數(shù)列與其它知識的結(jié)合,其中有數(shù)列與函數(shù)、方程、不等式、三角、幾何的結(jié)合。(3)數(shù)列的應(yīng)用問題,其中主要是以增長率問題為主。試題的難度有三個(gè)層次,小題大都以基礎(chǔ)題為主,解答題大都以基礎(chǔ)題和中檔題為主,只有個(gè)別地方用數(shù)列與幾何的綜合與函數(shù)、不等式的綜合作為最后一題難度較大。
一、知識整合
1.在掌握等差數(shù)列、等比數(shù)列的定義、性質(zhì)、通項(xiàng)公式、前n項(xiàng)和公式的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)掌握解等差數(shù)列與等比數(shù)列綜合題的規(guī)律,深化數(shù)學(xué)思想方法在解題實(shí)踐中的指導(dǎo)作用,靈活地運(yùn)用數(shù)列知識和方法解決數(shù)學(xué)和實(shí)際生活中的有關(guān)問題;
3.培養(yǎng)學(xué)生善于分析題意,富于聯(lián)想,以適應(yīng)新的背景,新的設(shè)問方式,提高學(xué)生用函數(shù)的思想、方程的思想研究數(shù)列問題的自覺性、培養(yǎng)學(xué)生主動探索的精神和科學(xué)理性的思維方法.
二、方法技巧
1.判斷和證明數(shù)列是等差(等比)數(shù)列常有三種方法:
(1)定義法:對于n≥2的任意自然數(shù),驗(yàn)證為同一常數(shù)。
(2)通項(xiàng)公式法:
①若 = +(n-1)d= +(n-k)d ,則為等差數(shù)列;
②若 ,則為等比數(shù)列。
(3)中項(xiàng)公式法:驗(yàn)證中項(xiàng)公式成立。
2. 在等差數(shù)列中,有關(guān)的最值問題――常用鄰項(xiàng)變號法求解:
(1)當(dāng)>0,d<0時(shí),滿足的項(xiàng)數(shù)m使得取最大值.
(2)當(dāng)<0,d>0時(shí),滿足的項(xiàng)數(shù)m使得取最小值。
在解含絕對值的數(shù)列最值問題時(shí),注意轉(zhuǎn)化思想的應(yīng)用。
3.數(shù)列求和的常用方法:公式法、裂項(xiàng)相消法、錯(cuò)位相減法、倒序相加法等。
三、注意事項(xiàng)
1.證明數(shù)列是等差或等比數(shù)列常用定義,即通過證明 或而得。
2.在解決等差數(shù)列或等比數(shù)列的相關(guān)問題時(shí),“基本量法”是常用的方法,但有時(shí)靈活地運(yùn)用性質(zhì),可使運(yùn)算簡便,而一般數(shù)列的問題常轉(zhuǎn)化為等差、等比數(shù)列求解。
3.注意與之間關(guān)系的轉(zhuǎn)化。如:
= , =.
4.?dāng)?shù)列極限的綜合題形式多樣,解題思路靈活,但萬變不離其宗,就是離不開數(shù)列極限的概念和性質(zhì),離不開數(shù)學(xué)思想方法,只要能把握這兩方面,就會迅速打通解題思路.
5.解綜合題的成敗在于審清題目,弄懂來龍去脈,透過給定信息的表象,抓住問題的本質(zhì),揭示問題的內(nèi)在聯(lián)系和隱含條件,明確解題方向,形成解題策略.
四、例題解析
例1.已知數(shù)列{a}是公差d≠0的等差數(shù)列,其前n項(xiàng)和為S.
(2)過點(diǎn)Q(1,a),Q(2,a)作直線12,設(shè)l與l的夾角為θ,
證明:(1)因?yàn)榈炔顢?shù)列{a}的公差d≠0,所以
Kpp是常數(shù)(k=2,3,…,n).
(2)直線l的方程為y-a=d(x-1),直線l的斜率為d.
例2.已知數(shù)列中,是其前項(xiàng)和,并且,
⑴設(shè)數(shù)列,求證:數(shù)列是等比數(shù)列;
⑵設(shè)數(shù)列,求證:數(shù)列是等差數(shù)列;
⑶求數(shù)列的通項(xiàng)公式及前項(xiàng)和。
分析:由于和{c}中的項(xiàng)都和{a}中的項(xiàng)有關(guān),{a}中又有S=4a+2,可由S-S作切入點(diǎn)探索解題的途徑.
解:(1)由S=4a,S=4a+2,兩式相減,得S-S=4(a-a),即a=4a-4a.(根據(jù)b的構(gòu)造,如何把該式表示成b與b的關(guān)系是證明的關(guān)鍵,注意加強(qiáng)恒等變形能力的訓(xùn)練)
a-2a=2(a-2a),又b=a-2a,所以b=2b ①
已知S=4a+2,a=1,a+a=4a+2,解得a=5,b=a-2a=3 ②
由①和②得,數(shù)列是首項(xiàng)為3,公比為2的等比數(shù)列,故b=3?2.
當(dāng)n≥2時(shí),S=4a+2=2(3n-4)+2;當(dāng)n=1時(shí),S=a=1也適合上式.
綜上可知,所求的求和公式為S=2(3n-4)+2.
說明:1.本例主要復(fù)習(xí)用等差、等比數(shù)列的定義證明一個(gè)數(shù)列為等差,等比數(shù)列,求數(shù)列通項(xiàng)與前項(xiàng)和。解決本題的關(guān)鍵在于由條件得出遞推公式。
2.解綜合題要總攬全局,尤其要注意上一問的結(jié)論可作為下面論證的已知條件,在后面求解的過程中適時(shí)應(yīng)用.
例3.(04年浙江)設(shè)數(shù)列{an}的前項(xiàng)的和Sn=(an-1) (n+),(1)求a1;a2; (2)求證數(shù)列{an}為等比數(shù)列。
解: (Ⅰ)由,得 ∴ 又,即,得.
(Ⅱ)當(dāng)n>1時(shí),
得所以是首項(xiàng),公比為的等比數(shù)列.
例4、(04年重慶)設(shè)a1=1,a2=,an+2=an+1-an (n=1,2,---),令bn=an+1-an (n=1,2---)求數(shù)列{bn}的通項(xiàng)公式,(2)求數(shù)列{nan}的前n項(xiàng)的和Sn。
解:(I)因
故{bn}是公比為的等比數(shù)列,且
(II)由
注意到可得
記數(shù)列的前n項(xiàng)和為Tn,則
例5.在直角坐標(biāo)平面上有一點(diǎn)列,對一切正整數(shù),點(diǎn)位于函數(shù)的圖象上,且的橫坐標(biāo)構(gòu)成以為首項(xiàng),為公差的等差數(shù)列。
⑴求點(diǎn)的坐標(biāo);
⑵設(shè)拋物線列中的每一條的對稱軸都垂直于軸,第條拋物線的頂點(diǎn)為,且過點(diǎn),記與拋物線相切于的直線的斜率為,求:。
⑶設(shè),等差數(shù)列的任一項(xiàng),其中是中的最大數(shù),,求的通項(xiàng)公式。
解:(1)
(2)的對稱軸垂直于軸,且頂點(diǎn)為.設(shè)的方程為:
把代入上式,得,的方程為:。
,
=
(3),
T中最大數(shù).
設(shè)公差為,則,由此得
說明:本例為數(shù)列與解析幾何的綜合題,難度較大(1)、(2)兩問運(yùn)用幾何知識算出,解決(3)的關(guān)鍵在于算出及求數(shù)列的公差。
例6.?dāng)?shù)列中,且滿足
⑴求數(shù)列的通項(xiàng)公式;
⑵設(shè),求;
⑶設(shè)=,是否存在最大的整數(shù),使得對任意,均有成立?若存在,求出的值;若不存在,請說明理由。
解:(1)由題意,,為等差數(shù)列,設(shè)公差為,
由題意得,.
(2)若,
時(shí),
(3)
若對任意成立,即對任意成立,
的最小值是,的最大整數(shù)值是7。
即存在最大整數(shù)使對任意,均有
說明:本例復(fù)習(xí)數(shù)列通項(xiàng),數(shù)列求和以及有關(guān)數(shù)列與不等式的綜合問題。.
五、強(qiáng)化訓(xùn)練
(一)用基本量方法解題
1、(04年浙江)已知等差數(shù)列的公差為2,若a1,a3,a4成等比數(shù)列,則a2= (B )
A -4 B -6 C -8 D -10
(二)用賦值法解題
2、(96年)等差數(shù)列{an}的前m項(xiàng)和為30,前2m項(xiàng)和為100,則它的前3m項(xiàng)和為(C )
A 130 B 170 C 210 D 260
3、(01年)設(shè){an}是公比為q的等比數(shù)列, Sn是{an}的前n項(xiàng)和,若{Sn}是等差數(shù)列,則q=__1_
4、設(shè)數(shù)列{an}的前項(xiàng)的和Sn= (對于所有n1),且a4=54,則a1=__2___
(三)用整體化方法解題
5、(00年)已知等差數(shù)列{an}滿足a1+a2+a3+…+a101=0,則有(C )
A a1+a101>0 B a2+a100<0 C a3+a99=0 D a51=51
6、(02年)若一個(gè)等差數(shù)列的前3項(xiàng)和為34,最后3項(xiàng)的和為146,且所有項(xiàng)的和為390,則這個(gè)數(shù)列的項(xiàng)數(shù)為(A)
A 13 B 12 C 11 D 10
7、(03年上海)在等差數(shù)列{an}中a5=3,a6=-2,a4+a5+…+a10=-49
(四)用函數(shù)方法解題
8、(04年天津)已知數(shù)列{an},那么“對任意的nN+,點(diǎn)Pn(n ,an)都在直線y=x+1上”是“{an}為等差數(shù)列”的( B)
A必要條件 B 充分條件 C 充要條件 D 既不充分也不必要條件
9、(99年上海)已知等差數(shù)列{an}滿足3a4=7a7,且a1>0,Sn是{an}的前n項(xiàng)和,Sn取得最大值,則n=___9______.
10、(01年上海)已知數(shù)列{an}中an=2n-7,(nN+),++--+=_153___
(五)用遞推方法解題
11、(03年全國)設(shè){an}是首項(xiàng)為1的正項(xiàng)數(shù)列,且(n+1)a2n+1-nan2+an+1an=0,求它的通項(xiàng)公式是__1/n
12、(04年全國)已知數(shù)列{an}滿足a.1=1,an=a1+2a2+3a3+---+(n-1)an-1 (n>1),則{an}的通項(xiàng)an=______a1=1;an=n2
13、(04年北京)定義“等和數(shù)列”:在一個(gè)數(shù)列中,如果每一項(xiàng)與它的后一項(xiàng)的和都為同一個(gè)常數(shù),那么這個(gè)數(shù)列叫做等和數(shù)列,這個(gè)常數(shù)叫做該數(shù)列的公和。
已知數(shù)列是等和數(shù)列,且,公和為5,那么的值為__3___,這個(gè)數(shù)列的前n項(xiàng)和的計(jì)算公式為__當(dāng)n為偶數(shù)時(shí),;當(dāng)n為奇數(shù)時(shí),
14. (04年全國)已知數(shù)列{an}中,a1=1,a2k=a2k-1+(-1)K,a2k+1=a2k+3k,其中k=1,2,3,…。
(1)求a3,a5; (2)求{an}的通項(xiàng)公式
解:(I)a2=a1+(-1)1=0, a3=a2+31=3.a4=a3+(-1)2=4 a5=a4+32=13, 所以,a3=3,a5=13.
(II) a2k+1=a2k+3k = a2k-1+(-1)k+3k, 所以a2k+1-a2k-1=3k+(-1)k,
同理a2k-1-a2k-3=3k-1+(-1)k-1, a3-a1=3+(-1).
所以(a2k+1-a2k-1)+(a2k-1-a2k-3)+…+(a3-a1)
=(3k+3k-1+…+3)+[(-1)k+(-1)k-1+…+(-1)],
由此得a2k+1-a1=(3k-1)+[(-1)k-1],
于是a2k+1=a2k= a2k-1+(-1)k=(-1)k-1-1+(-1)k=(-1)k=1.
{an}的通項(xiàng)公式為:
當(dāng)n為奇數(shù)時(shí),an=
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí),
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