高考数列复习典型例题解读(上)

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  数列是自变量为正整数的一类函数,数列在高中数学中占有非常重要的地位.对通项公式的探求是高考考查数列的主要命题点,它能考查观察、归纳、猜想、推断能力,特别是由递推关系确定数列的通项,更具有新颖、灵活的特点.
  等差数列和等比数列是数列中的两个重点内容,两者在概念、公式和性质上有许多密切的联系,同时,许多数列问题,都可以通过转化成等差数列、等比数列而获得解决.高考对本部分知识的核心理解和要求是:
  (1)掌握等差数列与等比数列通项公式的求法,理解它们的性质,特别要关注两者的一些对偶性质.
  (2)对于数列的求和,注意两大基本特点:一是求和形式的变化具有多样性;二是项与项、项与项数之间的函数规律具有隐含性和灵活性.
  (3)数列的综合应用有两种含义:一种是数列的实际应用问题;另一种是数列和其它数学知识的综合题.
  一、直接利用等差数列、等比数列基本知识解决的问题
  例1(2010年安徽10)设{an}是任意等比数列,它的前n项和,前2n项和与前3n项和分别为X,Y,Z,则下列等式中恒成立的是
  ________________________ ________________________________ ________________________________ ________
  A. X+Z=2YB. Y(Y-X)=Z(Z-X)
  C. Y2=XZD. Y(Y-X)=X(Z-X)
  解析:D.方法一,取等比数列1,2,4,令n=1得X=1,Y=3,Z=7代入验算,只有选项D满足.方法二,由等比数列性质可知:一般情况下等比数列的Sn,S2n-Sn,S3n-S2n也成等比数列,即(Y-X)2=X(Z-Y),整理得到D.
  点评:对于含有较多字母的客观题,可以取满足条件的数字代替字母,代入验证,若能排除3个选项,剩下唯一正确的就一定正确;若不能完全排除,可以取其他数字验证继续排除.本题也可以首项、公比即项数n表示代入验证得结论;即使填空题亦可以用特殊值法猜测结论,再加以探求.
  例2(2010年全国Ⅱ文18)已知{an}是各项均为正数的等比数列,且
  a1+a2=2(1a1+1a2),a3+a4+a5=64(1a3+1a4+1a5).
  (1)求{an}的通项公式;
  (2)设bn=(an+1an)2,求数列{bn}的前n项和Tn.
  解析:(1)设等比数列{an}的公比为q,则an=a1qn-1,由已知有
  a1+a1q=2(1a1+1a1q),
  a1q2+a1q3+a1q4=64(1a1q2+1a1q3+1a1q4), 化简得a21q=2,a21q6=64. 
  又a1>0故q=2,a1=1.所以an=2n-1.
  (2)由(1)知bn=(an+1an)2=a2n+1a2n+2=4n-1+14n-1+2.
  因此Tn=(1+4+…+4n-1)+(1+14+…+14n-1)+2n
  =4n-14-1+1-14n1-14+2n
  =13(4n-41-n)+2n+1.
  点评:本题考查了数列通项、前n项和及方程与解方程组的基础知识.
  (1)设出公比根据条件列出关于a1与q的方程求得a1与q,可求得数列的通项公式.
  (2)由(1)中求得数列通项公式,可求出bn的通项公式,由其通项公式化可知其和可分成两个等比数列分别求和即可求得.
  例3(2010年北京文)已知{an}为等差数列,且a3=-6,a6=0.
  (1)求{an}的通项公式;
  (2)若等比数列{bn}满足b1=-8,b2=a1+a2+a3,求{bn}的前n项和公式.
  解析:(1)设等差数列{an}的公差为d.因为a3=-6,a6=0.
  所以a1+2d=-6a1+5d=0 ,解得a1=-10,d=2.
  所以an=-10+(n-1)×2=2n-12.
  (2)设等比数列{bn}的公比为q.
  因为b2=a1+a2+a3=-24,b1=-8,所以-8q=-24,q=3.
  所以{bn}的前n项和公式为Sn=b1(1-qn)1-q=4(1-3n).
  点评:本题考查了等差数列求通项和等比数列通项公式、前n项和公式.且考查的知识点和方法侧重于基础与典型,考查了学生的运算求解能力.
  例4(2010年山东理18)已知等差数列{an}满足:a3=7,a5+a7=26,{an}的前n项和为Sn.
  (Ⅰ)求an及Sn
  (Ⅱ)令bn=1a2n-1(n∈N*),求数列{bn}的前n项和Tn.
  解析:(Ⅰ)设等差数列{an}的公差为d,因为a3=7,a5+a7=26,所以有
  a1+2d=72a1+10d=26,解得a1=3,d=2,
  所以an=3+2(n-1)=2n+1;Sn=3n+n(n-1)2×2=n2+2n.
  (Ⅱ)由(Ⅰ)知an=2n+1,所以bn=1a2n-1=1(2n+1)2-1=14•1n(n+1)=14•(1n-1n+1),
  所以Tn=14•(1-12+12-13+…+1n-1n+1)=14•(1-1n+1)=n4(n+1),
  即数列{bn}的前n项和Tn=n4(n+1).
  点评:本题考查等差数列的通项公式与前n项和公式的应用、裂项法求数列的和,熟练数列的基础知识是解答好本类题目的关键.
  二、转化为等差数列、等比数列的问题
  例5(2010年全国课标理17)设数列{an}满足a1=2,an+1-an=3•22n-1,
  (1)求数列{an}的通项公式;
  (2)令bn=nan,求数列的前n项和Sn.
  解析:(1)由已知,当n≥1时,
  an+1=[(an+1-an)+(an-an-1)+…+(a2-a1)]+a1
  =3(22n-1+22n-3+…+2)+2=22(n+1)-1.
  而a1=2,所以数列{an}的通项公式为an=22n-1.
  (2)由bn=nan=n•22n-1知
  Sn=1•2+2•23+3•25+…+n•22n-1①
  从而
  22•Sn=1•23+2•25+3•27+…+n•22n+1②
  ①-②得
  (1-22)•Sn=2+23+25+…+22n-1-n•22n+1.
  即Sn=19[(3n-1)22n+1+2].
  点评:本题考查了数列的递推公式,用累加法求通项公式,用错位相减法求和等基础知识,考查了学生的应用知识的能力.
  例6(2010年全国Ⅰ理22)已知数列{an}中,a1=1,an+1=c-1an.
  (Ⅰ)设c=52,bn=1an-2,求数列{bn}的通项公式;
  (Ⅱ)求使不等式an<an+1<3成立的c的取值范围.
  解析:(Ⅰ)an+1-2=52-1an-2=an-22an,得到1an+1-2=2anan-2=4an-2+2,
  即bn+1=4bn+2,所以bn+1+23=4(bn+23),又a1=1,故b1=1a1-2=-1,
  所以{bn+23}是首项为-13,公比为4的等比数列,
  bn+23=-13×4n-1,即bn=-13×4n-1-23.
  (Ⅱ)(略)(2,103〗.
  点评:本题主要考查数列的通项公式、等比数列的定义、递推数列、不等式等基础知识和基本技能,同时考查分析、归纳、探究和推理论证问题的能力,在解题过程中也渗透了对函数与方程思想、化归与转化思想的考查.
  例7(2010年湖北理20)已知数列{an}满足: a1=12, 3(1+an+1)1-an=2(1+an)1-an+1, anan+1<0(n≥1);数列{bn}满足: bn=a2n+1-a2n(n≥1)
  (Ⅰ)求数列{an},{bn}的通项公式;
  (Ⅱ)证明:数列{bn}中的任意三项不可能成等差数列.
  解析:(Ⅰ)由题意可知1-a2n+1=23(1-a2n),
  令cn=1-a2n,则cn+1=23cn.又c1=1-a21=34,
  则数列{cn}是首项为c1=34,公比为23的等比数列,所以cn=34(23)n-1.
  故a2n=1-cn,又a1>0,anan+1<0, 故an=(-1)n-1-34(23)n-1,
  bn=a2n+1-a2n=34•(23)n〗-34•(23)n-1〗=14•(23)n-1.
  (Ⅱ)用反证法证明:假设数列顺序存在三项br,bs,bt(r<s<t)按某种顺序成等差数列,由于数列顺序是前项为14,公比为23的等比数列,于是br>bs>bt,列出可能有2bs=br+bt成立.
  ∴2•14(23)s-1=14(23)r-1+14(23)t-1,而2(23)s=(23)r+(23)t两边同乖以3t2-r,得2•3t-s•2s-r=3t-r+2t-r由于t>r,∴等式左边是偶数,右边是奇数,故上式不可能成立.
  点评:本题主要考查了等差数列、等比数列的定义、通项公式和性质,考查抽象概括能力推理论证能力和运算求解能力.
  例8(2010年湖南文20)给出下面的数表序列:
  
  
  其中表n(n=1,2,3,…)有n行,第1行的n个数是1,3,5,…,2n-1,从第2行起,每行中的每个数都等于它肩上的两数之和.
  (Ⅰ)写出表4,验证表4各行中数的平均数按从上到下的顺序构成等比数列,并将结论推广到表n(n≥3)(不要求证明);
  (Ⅱ)每个数表中最后一行都只有一个数,它们构成数列1,4,12,…,记此数列为{bn} .
  求和:b3b1b2+b4b2b3+…+bn+2bnbn+1(n∈N) .
  解析:(Ⅰ)表4为1________________________3________________________5________________________7
  ____________________4________________________812
  ________________________1220
  ________________________________________________32
  它的第1,2,3,4行中的数的平均数分别是4,8,16,32,它们构成首项为4,公比为2的等比数列.
  将这一结论推广到表n(n≥3),即表n(n≥3)各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n,公比为2的等比数列.简证如下(对考生不作要求)
  首先,表n(n≥3)的第1行1,3,5,…,2n-1是等差数列,其平均数为1+3+…+(2n-1)n=n;
  其次,若表n的第k(1≤k≤n-1)行a1,a2,…,an-k+1是等差数列,则它的第k+1行a1+a2,a2+a3,…,an-k+an-k+1也是等差数列.由等差数列的性质知,表n的第k行中的数的平均数与第k+1行中的数的平均数分别是a1+an-k+12,a1+a2+an-k+an-k+12=a1+an-k+1.
  由此可知,表n(n≥3)各行中的数都成等差数列,且各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n,公比为2的等比数列.
  (Ⅱ)表n的第1行是1,3,5,…,2n-1,其平均数是1+3+5+…+(2n-1)n=n.
  由(Ⅰ)知,它的各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n,公比为2的等比数列(从而它的第k行中的数的平均数是n•2k-1),于是,表n中最后一行的唯一一个数为bn=n•2n-1.因此
  bk+2bkbk+1=(k+2)2k+1k•2k-1•(k+1)•2k=k+2k(k+1)•2k-2=2(k+1)-kk(k+1)•2k-2=1k•2k-3-1(k+1)•2k-2.(k=1,2,3,…,n)
  故b3b1b2+b4b2b3+…+bn+2bnbn+1=(11×2-2-12×2-1)+(12×2-1-13×20)+…
  +1n×2n-3-1(n+1)×2n-2〗=11×2-2-1(n+1)×2n-2=4-1(n+1)×2n-2.
  点评:本题以数表序列为载体,考查等差数列、等比数列的定义、性质、通项公式、数列的求和(裂项求和)等基础知识.随着新课程理念的不断推进,开展研究性学习、探究性学习的方式在教学中所占的课时比重日益增加,因而高考中对于探究、开放的命题也逐渐增加了比例,成为当前高考命题的一种亮点和热点.解答这类问题可以从两个方面得到突破:一是从特例入手,先观察、分析特例,再提出结论猜想,最后给出证明;二是从一般情形思考,借助类比联想,建立数列模型,或寻求递推关系,或寻求通项公式等等,使问题得到解决.
  例9(上海理20)已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=n-5an-85,n∈N*
  (1)证明:{an-1}是等比数列;
  (2)求数列{Sn}的通项公式,并求出n为何值时,{Sn}取得最小值,并说明理由.
  
  解析:(1)当n=1时,a1=-14;当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-5an+5an-1+1,所以an-1=56(an-1-1),
  又a1-1=-15≠0,所以数列{an-1}是等比数列;
  (2)由(1)知:an-1=-15•(56)n-1,得an=1-15•(56)n-1,从而Sn=75•(56)n-1+n-90(n∈N*);
  解不等式Snlog56225+1≈14.9,当n≥15时,数列{Sn}单调递增;
  同理可得,当n≤15时,数列{Sn}单调递减;Sn=n+75(56)n-1-90当n=15取得最小值.
  点评:本题考查了数列的通项公式、前项和公式、等比数列的判断方法以及数列的最值、解不等式、对数运算等知识,同时考查了学生的运算求解能力及等价转化思想的应用,综合性较强,但难度不大.
  (未完待续)
  (作者:徐永忠,江苏省兴化中学)
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