2018届二轮复习数列的求和问题学案

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2018届二轮复习数列的求和问题学案

第2讲 数列的求和问题 高考对数列求和的考查主要以解答题的形式出现,通过分组转化、错位相减、裂项相消等方法求一般数列的和,体现转化与化归的思想.‎ 热点一 分组转化求和 有些数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将数列通项拆开或变形,可转化为几个等差、等比数列或常见的数列,即先分别求和,然后再合并.‎ 例1 (2017·山东省平阴县第一中学模拟)已知数列{an}是等差数列,其前n项和为Sn,数列{bn}是公比大于0的等比数列,且b1=-2a1=2,a3+b2=-1,S3+2b3=7.‎ ‎(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;‎ ‎(2)令cn=求数列{cn}的前n项和Tn.‎ 解 (1)设数列{an}的公差为d,{bn}的公比为q,且q>0,‎ 由题易知, a1=-1,b1=2,‎ 由得 解得q=2,此时d=-2,‎ ‎∴an=-2n+1,bn=2n.‎ ‎(2)由(1)知,an=-2n+1,bn=2n,‎ ‎∴cn= 当n为偶数时,奇数项和偶数项各有项,‎ ‎∴Tn=(c1+c3+c5+…+cn-1)+(c2+c4+…+cn)‎ ‎=n+(c2+c4+…+cn),‎ 令Hn=c2+c4+c6+…+cn,‎ ‎∴Hn=+++…++,‎ Hn=++…++,‎ 以上两式相减,得 Hn=+++…+- ‎=-- ‎=-- ‎=-,‎ ‎∴Hn=-.‎ 故当n为偶数时,Tn=+n-,‎ 当n(n≥3)为奇数时,n-1为偶数,‎ Tn=Tn-1+an=+(n-1)-+2‎ ‎=+n-,‎ 经验证,n=1也适合上式.‎ 综上,得Tn= 思维升华 在处理一般数列求和时,一定要注意使用转化思想.把一般的数列求和转化为等差数列或等比数列进行求和,在求和时要分析清楚哪些项构成等差数列,哪些项构成等比数列,清晰正确地求解.在利用分组求和法求和时,由于数列的各项是正负交替的,所以一般需要对项数n进行讨论,最后再验证是否可以合并为一个公式.‎ 跟踪演练1 (2017届广东省揭阳市模拟)已知数列{an}中,a1=1,an+1=+n+1.‎ ‎(1)求证:数列是等比数列;‎ ‎(2)求数列{an}的前n项和Sn.‎ ‎(1)证明 方法一 由已知得=2·+1,‎ ‎∴+1=2,‎ 又a1+1=2,an>0,∴+1≠0,‎ ‎∴=2,‎ ‎∴数列是首项为2,公比为2的等比数列.‎ 方法二 由an+1=+n+1,‎ 得nan+1=2(n+1)an+n(n+1),‎ 由a1>0及递推关系,可知an>0,‎ ‎∴+1≠0,‎ ‎∴= ‎==2,‎ 又∵a1=1,∴+1=2,‎ ‎∴数列是首项为2,公比为2的等比数列.‎ ‎(2)解 由(1)得+1=2·2n-1=2n,‎ ‎∴an=n·2n-n,‎ Sn=2+2×22+3×23+…+(n-1)2n-1+n×2n-[1+2+3+…+(n-1)+n],‎ 设Tn=2+2×22+3×23+…+(n-1)2n-1+n×2n, ①‎ 则2Tn=22+2×23+3×24+…+(n-1)2n+n×2n+1, ②‎ 由①-②,得 ‎-Tn=2+22+23+…+2n-n·2n+1‎ ‎=-n·2n+1=-(n-1)2n+1-2,‎ ‎∴Tn=(n-1)2n+1+2,‎ 又1+2+3+…+(n-1)+n=,‎ ‎∴Sn=(n-1)2n+1-+2. ‎ 热点二 错位相减法求和 错位相减法是在推导等比数列的前n项和公式时所用的方法,这种方法主要用于求数列{an·bn}的前n项和,其中{an},{bn}分别是等差数列和等比数列.‎ 例2 (2017·山西省实验中学联考)已知数列{an}为等差数列,且a3=5,a5=9,数列{bn}的前n项和Sn=bn+.‎ ‎(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;‎ ‎(2)设cn=an|bn|,求数列{cn}的前n项的和Tn.‎ 解 (1)因为数列{an}为等差数列,‎ 所以d=(a5-a3)=2,‎ 又因为a3=5,所以a1=1,所以an=2n-1.‎ 当n=1时,b1=b1+,所以b1=1;‎ 当n≥2时,bn=Sn-Sn-1=bn-bn-1,‎ 所以bn=-2bn-1,‎ 即数列{bn}是首项为1,公比为-2的等比数列,‎ 所以bn=(-2)n-1.‎ ‎(2)因为cn=an|bn|=(2n-1)2n-1,‎ 所以Tn=1×1+3×2+5×22+…+(2n-1)2n-1,‎ ‎2Tn=1×2+3×22+5×23+…+(2n-1)2n,‎ 两式相减,得 ‎-Tn=1×1+2×2+2×22+…+2×2n-1-(2n-1)2n ‎=1+2(2+22+…+2n-1)-(2n-1)2n ‎=1+2×-(2n-1)2n ‎=1+2n+1-4-(2n-1)2n=-3+(3-2n)2n,‎ 所以Tn=3+(2n-3)2n.‎ 思维升华 (1)错位相减法适用于求数列{an·bn}的前n项和,其中{an}为等差数列,{bn}为等比数列.‎ ‎(2)所谓“错位”,就是要找“同类项”相减.要注意的是相减后得到部分求等比数列的和,此时一定要查清其项数.‎ ‎(3)为保证结果正确,可对得到的和取n=1,2进行验证.‎ ‎‎ 跟踪演练2 (2017届湖南省衡阳市期末)数列{an}的前n项和Sn满足:Sn=n2,数列{bn}满足:①b3=;②bn>0;③2b+bn+1bn-b=0.‎ ‎(1)求数列{an}与{bn}的通项公式;‎ ‎(2)设cn=anbn,求数列{cn}的前n项和Tn.‎ 解 (1)当n=1时,a1=1,‎ 当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-1(n∈N*),‎ 检验a1=1,满足an=2n-1(n∈N*).‎ ‎∵2b+bn+1bn-b=0,‎ 且bn >0,∴2bn+1=bn,‎ ‎∴q=,b3=b1q2=,‎ ‎∴b1=1,bn=n-1 (n∈N*).‎ ‎(2)由(1)得cn=(2n-1)n-1,‎ Tn=1+3×+5×2+…+(2n-1)n-1,‎ Tn=1×+3×2+…+(2n-3)n-1+(2n-1)×n,‎ 两式相减,得Tn=1+2×+2×2+…+2×n-1-(2n-1)×n ‎=1+2-(2n-1)×n ‎=3-n-1.‎ ‎∴Tn=6-n-1(2n+3).‎ 热点三 裂项相消法求和 裂项相消法是指把数列和式中的各项分别裂开后,某些项可以相互抵消从而求和的方法,主要适用于或(其中{an}为等差数列)等形式的数列求和.‎ 例3 (2017届山东省青岛市二模)在公差不为0的等差数列{an}中,a=a3+a6,且a3为a1与a11的等比中项.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式;‎ ‎(2)设bn=(-1)n,求数列{bn}的前n项和Tn.‎ 解 (1)设数列{an}的公差为d,‎ ‎∵a=a3+a6,‎ ‎∴(a1+d)2=a1+2d+a1+5d, ①‎ ‎∵a=a1·a11,‎ 即(a1+2d)2=a1·(a1+10d), ②‎ ‎∵d≠0,由①②解得a1=2,d=3.‎ ‎∴数列{an}的通项公式为an=3n-1. ‎ ‎(2)由题意知,‎ bn=(-1)n ‎=(-1)n·· ‎=(-1)n·· Tn= ‎=.‎ 思维升华 (1)裂项相消法的基本思想就是把通项an分拆成an=bn+k-bn(k≥1,k∈N*)的形式,从而在求和时达到某些项相消的目的,在解题时要善于根据这个基本思想变换数列{an}的通项公式,使之符合裂项相消的条件.‎ ‎(2)常用的裂项公式 ‎①若{an}是等差数列,则= ,= ;‎ ‎②=-,=;‎ ‎③=;‎ ‎④=;‎ ‎⑤=-,=(-).‎ 跟踪演练3 已知数列{an}满足:++…+= (n∈N*).‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式;‎ ‎(2)若bn=anan+1,Sn为数列{bn}的前n项和,对于任意的正整数n,Sn>2λ-恒成立,求实数λ的取值范围.‎ 解 (1)由题意,得当n=1时,=,则a1=2.‎ 当n≥2时,++…+=,‎ 则++…+=,‎ 两式相减,得=-=,‎ 即an=,当n=1时,也符合上式,则an=.‎ ‎(2)由(1),得 bn=anan+1=· ‎= ‎=2,‎ 所以Sn=2 ‎=2·,‎ 则n越大,越小,Sn越大,即当n=1时,Sn有最小值S1=.‎ 因为对于任意的正整数n,Sn >2λ-恒成立,‎ 所以>2λ-,解得λ<,‎ 故实数λ的取值范围是.‎ 真题体验 ‎1.(2017·全国Ⅱ)等差数列{an}的前n项和为Sn,a3=3,S4=10,则=________.‎ 答案  解析  设等差数列{an}的公差为d,则 由得 ‎∴Sn=n×1+×1=,‎ ==2.‎ ‎∴=+++…+ ‎=2 ‎=2=.‎ ‎2.(2017·天津)已知{an}为等差数列,前n项和为Sn(n∈N*),{bn}是首项为2的等比数列,且公比大于0,b2+b3=12,b3=a4-2a1,S11=11b4.‎ ‎(1)求{an}和{bn}的通项公式;‎ ‎(2)求数列{a2nb2n-1}的前n项和(n∈N*).‎ 解 (1)设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q.‎ 由已知b2+b3=12,得b1(q+q2)=12,而b1=2,‎ 所以q2+q-6=0.‎ 又因为q>0,解得q=2,所以bn=2n.‎ 由b3=a4-2a1,可得3d-a1=8, ①‎ 由S11=11b4,可得a1+5d=16, ②‎ 联立①②,解得a1=1,d=3,由此可得an=3n-2.‎ 所以数列{an}的通项公式为an=3n-2,数列{bn}的通项公式为bn=2n.‎ ‎(2)设数列{a2nb2n-1}的前n项和为Tn,由a2n=6n-2,b2n-1=2×4n-1,得a2nb2n-1=(3n-1)×4n,故 Tn=2×4+5×42+8×43+…+(3n-1)×4n, ③‎ ‎4Tn=2×42+5×43+8×44+…+(3n-4)×4n+(3n-1)×4n+1, ④‎ ‎③-④,得-3Tn=2×4+3×42+3×43+…+3×4n-(3n-1)×4n+1‎ ‎=-4-(3n-1)×4n+1‎ ‎=-(3n-2)×4n+1-8,‎ 得Tn=×4n+1+.‎ 所以数列{a2nb2n-1}的前n项和为×4n+1+.‎ 押题预测 ‎1.已知数列{an}的通项公式为an=,其前n项和为Sn,若存在M∈Z,满足对任意的n∈N*,都有Sn0),且4a3是a1与2a2的等差中项.‎ ‎(1)求{an}的通项公式;‎ ‎(2)设bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.‎ 押题依据 错位相减法求和是高考的重点和热点,本题先利用an,Sn的关系求an,也是高考出题的常见形式.‎ 解 (1)当n=1时,S1=a(S1-a1+1),所以a1=a,‎ 当n≥2时,Sn=a(Sn-an+1), ①‎ Sn-1=a(Sn-1-an-1+1), ②‎ 由①-②,得an=a·an-1,即=a,‎ 故{an}是首项a1=a,公比为a的等比数列,‎ 所以an=a·an-1=an.‎ 故a2=a2,a3=a3.‎ 由4a3是a1与2a2的等差中项,可得8a3=a1+2a2,‎ 即8a3=a+2a2,‎ 因为a≠0,整理得8a2-2a-1=0,‎ 即(2a-1)(4a+1)=0,‎ 解得a=或a=-(舍去),‎ 故an=n=.‎ ‎(2)由(1)得bn==(2n+1)·2n,‎ 所以Tn=3×2+5×22+7×23+…+(2n-1)×2n-1+(2n+1)×2n, ①‎ ‎2Tn=3×22+5×23+7×24+…+(2n-1)·2n+(2n+1)×2n+1, ②‎ 由①-②,得-Tn=3×2+2(22+23+…+2n)-(2n+1)×2n+1‎ ‎=6+2×-(2n+1)×2n+1‎ ‎=-2+2n+2-(2n+1)×2n+1‎ ‎=-2-(2n-1)×2n+1,‎ 所以Tn=2+(2n-1)×2n+1.‎ A组 专题通关 ‎1.(2017届湖南师大附中月考)已知数列{an},{bn}满足a1=1,且an,an+1是方程x2-bnx+2n=0的两根,则b10等于(  )‎ A.24 B.32‎ C.48 D.64‎ 答案 D 解析 由已知有anan+1=2n,∴an+1an+2=2n+1,则=2,所以数列{an}奇数项、偶数项分别为公比为2的等比数列,可以求出a2=2,所以数列{an}的项分别为1,2,2,4,4,8,8,16,16,32,32,…,而bn=an+an+1,所以b10=a10+a11=32+32=64,故选D.‎ ‎2.(2017届河南百校联盟质检)已知正项数列{an}中,a1=1,a2=2,2a=a+a(n≥2),bn=,记数列{bn}的前n项和为Sn,则S33的值是(  )‎ A. B. C.4 D.3‎ 答案 D 解析 ∵2a=a+a(n≥2),‎ ‎∴数列{a}为等差数列,首项为1,公差为22-1=3.‎ ‎∴a=1+3(n-1)=3n-2,an>0,‎ ‎∴an=(n∈N*),‎ ‎∴bn== ‎=(-),‎ 故数列{bn}的前n项和为 Sn=[(-)+(-)+…+(-)]=(-1),‎ 则S33=(-1)=3.‎ 故选D.‎ ‎3.(2017届江西省鹰潭市模拟)已知函数f(n)=n2cos(nπ),且an=f(n)+f(n+1),则a1+a2+…+a100等于(  )‎ A.-100 B.0‎ C.100 D.10 200‎ 答案 A 解析 a1=-1+22,a2=22-32,a3=-32+42,a4=42-52,…,所以a1+a3+…+a99=(-1+22)+…+(-992+1002)=(1+2)+(3+4)+…+(99+100)=5 050,a2+a4+…+a100=(22-32)+…+(1002-1012)=-(2+3+…+100+101)=-5 150,所以a1+a2+…+a100=5 050-5 150=-100.‎ ‎4.(2017届广东省潮州市模拟)已知Sn为数列{an}的前n项和, an=2·3n-1 (n∈N*),若bn=,则b1+b2+…+bn=____________.‎ 答案 - 解析 因为==3,‎ 所以数列{an}为等比数列.‎ 所以Sn===3n-1,‎ 又bn===-,‎ 则b1+b2+…+bn=++…+=-=-.‎ ‎5.(2017届安徽蚌埠怀远县摸底)对于任意实数x,[x]表示不超过x的最大整数,如[-0.2]=-1,[1.72]=1,已知an=(n∈N*),Sn为数列{an}的前项和,则S2 017=________.‎ 答案 677 712‎ 解析 由于=0,=0,===1,===2,根据这个规律,后面每3项都是相同的数,2 017-2=671×3+2,后余2项,‎ 所以S2 017=×671×3+672+672=677 712.‎ ‎6.(2017届山西晋中榆社中学月考)设数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,且对任意正整数n ‎,满足2an+1+Sn-2=0.‎ ‎(1)求数列{an}的通项公式;‎ ‎(2)设bn=na,求数列{bn}的前n项和Tn.‎ 解 (1)因为2an+1+Sn-2=0,‎ 所以当n≥2时,2an+Sn-1-2=0,‎ 两式相减,得2an+1-2an+Sn-Sn-1=0,‎ 即2an+1-2an+an=0,an+1=an.‎ 又当n=1时,2a2+S1-2=0⇒a2=a1,‎ 即an+1=an (n∈N*).‎ 所以{an}是首项a1=1,公比q=的等比数列,‎ 所以数列{an}的通项公式为an=n-1.‎ ‎(2)由(1)知,bn=na=,‎ 则Tn=1+++…++, ①‎ ‎4Tn=4+2++…++, ②‎ 由②-①,得 ‎3Tn=5++…++- ‎=-.‎ 所以数列{bn}的前n项和为Tn=-.‎ ‎7.(2017届山东省胶州市普通高中期末)正项数列的前n项和Sn满足:S-(n2+n-1)Sn-(n2+n)=0.‎ ‎(1)求数列的通项公式an;‎ ‎(2)令bn=,数列的前n项和为Tn,证明:对于任意的n∈N*,都有Tn<.‎ ‎(1)解 由S-(n2+n-1)Sn-(n2+n)=0,‎ 得[Sn-(n2+n)](Sn+1)=0.‎ 由于是正项数列,‎ 所以Sn>0,Sn=n2+n.‎ 当n=1时,a1=S1=2,‎ 当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2+n-(n-1)2-(n-1)=2n.‎ 综上可知,数列的通项公式an=2n.‎ ‎(2)证明 由于an=2n,bn=,‎ 所以bn==.‎ Tn= ‎=<=.‎ ‎8.(2017届江西省南昌市模拟)已知等差数列的前n项和为Sn,且a1=1,S3+S4=S5.‎ ‎(1)求数列的通项公式;‎ ‎(2)令bn=(-1)n-1anan+1,求数列的前2n项和T2n.‎ 解 (1)设等差数列的公差为d,由S3+S4=S5,‎ 可得a1+a2+a3=a5,‎ 即3a2=a5,所以3(1+d)=1+4d,解得d=2.‎ 所以an=1+(n-1)×2=2n-1.‎ ‎(2)由(1)可得bn=(-1)n-1·(2n-1)(2n+1)‎ ‎=(-1)n-1·(4n2-1),‎ 所以T2n=(4×12-1)-(4×22-1)+(4×32-1)-(4×42-1)+…+(-1)2n-1×[4×(2n)2-1]‎ ‎=4[12-22+32-42+…+(2n-1)2-(2n)2]‎ ‎=-4(1+2+3+4+…+2n-1+2n)=-4×=-8n2-4n.‎ B组 能力提高 ‎9.(2017·湖北省荆、荆、襄、宜四地七校考试联盟联考)已知数列满足a1=1,nan+1=(n+1)an+n(n+1),且bn=ancos,记Sn为数列的前n项和,则S24等于(  )‎ A.294 B.174‎ C.470 D.304‎ 答案 D 解析 由nan+1=(n+1)an+n(n+1),得=+1,所以数列为等差数列,因此=1+×1=n,an=n2,bn= 因此b3k+1+b3k+2+b3k+3=9k+,k∈N,‎ S24=9+×8=304,故选D.‎ ‎10. (2017届湖南省常德市第一中学月考)已知数列{an}的前n项和为Sn,Sn=n2+2n,bn=anan+1cos(n+1)π,数列{bn}的前n项和为Tn,若Tn≥tn2对n∈N*恒成立,则实数t的取值范围是______________.‎ 答案 (-∞,-5]‎ 解析 当n=1时,a1=3;‎ 当n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2+2n-[(n-1)2+2(n-1)]=2n+1,‎ 当n=1时也成立,∴an=2n+1(n∈N*),‎ ‎∴bn=anan+1cos(n+1)π=(2n+1)(2n+3)cos(n+1)π.‎ 当n为奇数时,cos(n+1)π=1,当n为偶数时, cos(n+1)π=-1,因此当n为奇数时, Tn=3×5-5×7+…+(2n+1)(2n+3)=15+4×(7+11+…+2n+1)=2n2+6n+7,∵Tn≥tn2对n∈N*恒成立,∴2n2+6n+7≥tn2,t≤++2=72+,∴t≤2;‎ 当n为偶数时, ‎ Tn=3×5-5×7+…-(2n+1)(2n+3)=-4×(5+9+…+2n+1)=-2n2-6n,‎ ‎∵Tn≥tn2对n∈N*恒成立,‎ ‎∴-2n2-6n≥tn2,t≤-2-,‎ ‎∴t≤-5.综上可得t≤-5.‎ ‎11.(2017届江苏如东高级中学等四校联考)已知数列{an}满足a1=0,a2=,且对任意m,n∈N*,都有a2m-1+a2n-1=2am+n-1+(m-n)2.‎ ‎(1)求a3,a5;‎ ‎(2)设bn=a2n+1-a2n-1(n∈N*).‎ ‎①求数列{bn}的通项公式;‎ ‎②设数列的前n项和为Sn,是否存在正整数p,q,且13,‎ 即>3.‎ 解得0,‎ ‎∵S3=b5+1=7,∴a1+a1q+a1q2=7, ①‎ 又b4是a2和a4的等比中项,‎ ‎∴a2a4=a=b=16,‎ 解得a3=a1q2=4, ②‎ 由①②得3q2-4q-4=0,‎ 解得q=2或q=-(舍去),‎ ‎∴a1=1,an=2n-1.‎ ‎(2)当n为偶数时,‎ Tn=(1+1)×20+2×2+(3+1)×22+4×23+(5+1)×24+…+[(n-1)+1]×2n-2+n×2n-1‎ ‎=(20+2×2+3×22+4×23+…+n×2n-1)+(20+22+…+2n-2),‎ 设Hn=20+2×2+3×22+4×23+…+n×2n-1, ③‎ 则2Hn=2+2×22+3×23+4×24+…+n×2n, ④‎ 由③-④,得 ‎-Hn=20+2+22+23+…+2n-1-n×2n ‎=-n×2n=(1-n)×2n-1,‎ ‎∴Hn=(n-1)×2n+1,‎ ‎∴Tn=(n-1)×2n+1+=×2n+.‎ 当n为奇数,且n≥3时,‎ Tn=Tn-1+(n+1)×2n-1‎ ‎=×2n-1++(n+1)×2n-1‎ ‎=×2n-1+,‎ 经检验,T1=2符合上式,‎ ‎∴Tn=
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