资源简介 第2节 等差数列及其前n项和考试要求 1.理解等差数列的概念.2.掌握等差数列的通项公式与前n项和公式.3.能在具体的问题情境中识别数列的等差关系,并能用等差数列的有关知识解决相应的问题.4.了解等差数列与一次函数的关系.1.等差数列的概念(1)定义:如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列.数学语言表达式:an+1-an=d(n∈N*,d为常数).(2)等差中项:由三个数a,A,b组成的等差数列可以看成是最简单的等差数列,这时A叫做a与b的等差中项,根据等差数列的定义可以知道,2A=a+b.2.等差数列的通项公式与前n项和公式(1)若等差数列{an}的首项是a1,公差是d,则其通项公式为an=a1+(n-1)d.(2)前n项和公式:Sn=na1+=.3.等差数列的性质(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).(2)若{an}为等差数列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an.(3)若{an}是等差数列,公差为d,则ak,ak+m,ak+2m,…(k,m∈N*)是公差为md的等差数列.(4)若Sn为等差数列{an}的前n项和,则数列Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…也是等差数列.(5)若Sn为等差数列{an}的前n项和,则数列也为等差数列.1.已知数列{an}的通项公式是an=pn+q(其中p,q为常数),则数列{an}一定是等差数列,且公差为p.2.在等差数列{an}中,a1>0,d<0,则Sn存在最大值;若a1<0,d>0,则Sn存在最小值.3.等差数列{an}的单调性:当d>0时,{an}是递增数列;当d<0时,{an}是递减数列;当d=0时,{an}是常数列.4.数列{an}是等差数列 Sn=An2+Bn(A,B为常数).1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)(1)数列{an}为等差数列的充要条件是对任意n∈N*,都有2an+1=an+an+2.( )(2)等差数列{an}的单调性是由公差d决定的.( )(3)数列{an}为等差数列的充要条件是其通项公式为n的一次函数.( )(4)等差数列的前n项和公式是常数项为0且关于n的二次函数.( )答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)×解析 (3)若公差d=0,则通项公式不是n的一次函数.(4)若公差d=0,则前n项和不是n的二次函数.2.(2022·福州质检)在等差数列{an}中,若a1+a2=5,a3+a4=15,则a5+a6=( )A.10 B.20 C.25 D.30答案 C解析 等差数列{an}中,每相邻2项的和仍然构成等差数列,设其公差为d,若a1+a2=5,a3+a4=15,则d=15-5=10,因此a5+a6=(a3+a4)+d=15+10=25.3.(2022·青岛一模)记Sn为等差数列{an}的前n项和,若a1=1,S3=,则数列{an}的通项公式an=( )A.n B.C.2n-1 D.答案 B解析 设等差数列{an}的公差为d,则S3=3a1+d=3+3d=,解得d=,∴an=1+(n-1)×=.4.(2021·杭州二模)已知{an}是等差数列,满足3(a1+a5)+2(a3+a6+a9)=18,则该数列的前8项和为( )A.36 B.24 C.16 D.12答案 D解析 由等差数列性质可得a1+a5=2a3,a3+a6+a9=3a6,所以3×2a3+2×3a6=18,即a3+a6=3,所以S8===12.5.(多选)设{an}是等差数列,Sn是其前n项的和,且S5<S6,S6=S7>S8,则下列结论正确的是( )A.d<0B.a7=0C.S9>S5D.S6与S7均为Sn的最大值答案 ABD解析 S6=S5+a6>S5,则a6>0,S7=S6+a7=S6,则a7=0,则d=a7-a6<0,S8=S7+a8<S7,a8<0,则a9<0,又a6+a8=a5+a9=2a7=0,∴S5>S9,由a7=0,a6>0知S6,S7是Sn中的最大值.从而ABD均正确.6.一物体从1 960 m的高空降落,如果第1秒降落4.90 m,以后每秒比前一秒多降落9.80 m,那么经过________秒落到地面.答案 20解析 设物体经过t秒降落到地面.物体在降落过程中,每一秒降落的距离构成首项为4.90,公差为9.80的等差数列.所以4.90t+t(t-1)×9.80=1 960,即4.90t2=1 960,解得t=20. 考点一 等差数列的基本运算1.记Sn为等差数列{an}的前n项和.若3S3=S2+S4,a1=2,则a5=( )A.-12 B.-10 C.10 D.12答案 B解析 设等差数列{an}的公差为d,则3(3a1+3d)=2a1+d+4a1+6d,即d=-a1.又a1=2得∴d=-3,∴a5=a1+4d=2+4×(-3)=-10.2.(2021·武汉调研)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若S8=a8=8,则公差d=( )A. B. C.1 D.2答案 D解析 ∵S8=a8=8,∴a1+a2+…+a8=a8,∴S7=7a4=0,则a4=0.∴d==2.3.(2020·全国Ⅱ卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a1=-2,a2+a6=2,则S10=________.答案 25解析 设等差数列{an}的公差为d,则a2+a6=2a1+6d=2×(-2)+6d=2.解得d=1.所以S10=10×(-2)+×1=25.4.(2020·新高考全国Ⅰ卷)将数列{2n-1}与{3n-2}的公共项从小到大排列得到数列{an},则{an}的前n项和为__________.答案 3n2-2n解析 法一(观察归纳法) 数列的各项为1,3,5,7,9,11,13,…;数列{3n-2}的各项为1,4,7,10,13,….现观察归纳可知,两个数列的公共项为1,7,13,…,是首项为1,公差为6的等差数列,则an=1+6(n-1)=6n-5.故前n项和为Sn===3n2-2n.法二(引入参变量法) 令bn=2n-1,cm=3m-2,bn=cm,则2n-1=3m-2,即3m=2n+1,m必为奇数.令m=2t-1,则n=3t-2(t=1,2,3,…).at=b3t-2=c2t-1=6t-5,即an=6n-5.以下同法一.感悟提升 1.等差数列的通项公式及前n项和公式共涉及五个量a1,an,d,n,Sn,知其中三个就能求另外两个,体现了用方程的思想来解决问题.2.数列的通项公式和前n项和公式在解题中起到变量代换作用,而a1和d是等差数列的两个基本量,用它们表示已知和未知是常用方法. 考点二 等差数列的判定与证明例1 (2021·全国甲卷)已知数列{an}的各项均为正数,记Sn为{an}的前n项和,从下面①②③中选取两个作为条件,证明另外一个成立.①数列{an}是等差数列;②数列{}是等差数列;③a2=3a1.注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分.解 ①③ ②.已知{an}是等差数列,a2=3a1.设数列{an}的公差为d,则a2=3a1=a1+d,得d=2a1,所以Sn=na1+d=n2a1.因为数列{an}的各项均为正数,所以=n,所以-=(n+1)-n=(常数),所以数列{}是等差数列.①② ③.已知{an}是等差数列,{}是等差数列.设数列{an}的公差为d,则Sn=na1+d=n2d+n.因为数列{}是等差数列,所以数列{}的通项公式是关于n的一次函数,则a1-=0,即d=2a1,所以a2=a1+d=3a1.②③ ①.已知数列{}是等差数列,a2=3a1,所以S1=a1,S2=a1+a2=4a1.设数列{}的公差为d,d>0,则-=-=d,得a1=d2,所以=+(n-1)d=nd,所以Sn=n2d2,所以n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2d2-(n-1)2d2=2d2n-d2,对n=1也适合,所以an=2d2n-d2,所以an+1-an=2d2(n+1)-d2-(2d2n-d2)=2d2(常数),所以数列{an}是等差数列.感悟提升 1.证明数列是等差数列的主要方法:(1)定义法:对于n≥2的任意自然数,验证an-an-1为同一常数.即作差法,将关于an-1的an代入an-an-1,再化简得到定值.(2)等差中项法:验证2an-1=an+an-2(n≥3,n∈N*)都成立.2.判定一个数列是等差数列还常用到的结论:(1)通项公式:an=pn+q(p,q为常数) {an}是等差数列.(2)前n项和公式:Sn=An2+Bn(A,B为常数) {an}是等差数列.问题的最终判定还是利用定义.训练1 (2021·全国乙卷)设Sn为数列{an}的前n项和,bn为数列{Sn}的前n项积,已知+=2.(1)证明:数列{bn}是等差数列;(2)求{an}的通项公式.(1)证明 因为bn是数列{Sn}的前n项积,所以n≥2时,Sn=,代入+=2可得,+=2,整理可得2bn-1+1=2bn,即bn-bn-1=(n≥2).又+==2,所以b1=,故{bn}是以为首项,为公差的等差数列.(2)解 由(1)可知,bn=+(n-1)=,则+=2,所以Sn=,当n=1时,a1=S1=,当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-=-.故an= 考点三 等差数列的性质及应用角度1 等差数列项的性质例2 (1)设Sn为等差数列{an}的前n项和,且4+a5=a6+a4,则S9等于( )A.72 B.36 C.18 D.9答案 B解析 ∵a6+a4=2a5,∴a5=4,∴S9==9a5=36.(2)在等差数列{an}中,若a5+a6=4,则log2(2a1·2a2·…·2a10)=( )A.10 B.20C.40 D.2+log25答案 B解析 由等差数列的性质知a1+a10=a2+a9=a3+a8=a4+a7=a5+a6=4,则2a1·2a2·…·2a10=2a1+a2+…+a10=25(a5+a6)=25×4,所以log2(2a1·2a2·…·2a10)=log225×4=20.角度2 等差数列前n项和的性质例3 (1)已知等差数列{an}的前n项和为Sn.若S5=7,S10=21,则S15等于( )A.35 B.42 C.49 D.63答案 B解析 在等差数列{an}中,S5,S10-S5,S15-S10成等差数列,即7,14,S15-21成等差数列,所以7+(S15-21)=2×14,解得S15=42.(2)(2020·全国Ⅱ卷)北京天坛的圜丘坛为古代祭天的场所,分上、中、下三层.上层中心有一块圆形石板(称为天心石),环绕天心石砌9块扇面形石板构成第一环,向外每环依次增加9块.下一层的第一环比上一层的最后一环多9块.向外每环依次也增加9块.已知每层环数相同,且下层比中层多729块,则三层共有扇面形石板(不含天心石)( )A.3 699块 B.3 474块C.3 402块 D.3 339块答案 C解析 设每一层有n环,由题可知从内到外每环之间构成公差d=9,a1=9的等差数列.由等差数列的性质知Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等差数列,且(S3n-S2n)-(S2n-Sn)=n2d,则9n2=729,得n=9,则三层共有扇面形石板S3n=S27=27×9+×9=3 402(块).角度3 等差数列前n项和的最值例4 等差数列{an}中,设Sn为其前n项和,且a1>0,S3=S11,则当n为多少时,Sn最大?解 法一 设公差为d.由S3=S11,可得3a1+d=11a1+d,即d=-a1.从而Sn=n2+n=-(n-7)2+a1,因为a1>0,所以-<0.故当n=7时,Sn最大.法二 易知Sn=An2+Bn是关于n的二次函数,由S3=S11,可知Sn=An2+Bn的图象关于直线n==7对称.由解法一可知A=-<0,故当n=7时,Sn最大.法三 设公差为d.由解法一可知d=-a1.要使Sn最大,则有即解得6.5≤n≤7.5,故当n=7时,Sn最大.法四 设公差为d.由S3=S11,可得2a1+13d=0,即(a1+6d)+(a1+7d)=0,故a7+a8=0,又由a1>0,S3=S11可知d<0,所以a7>0,a8<0,所以当n=7时,Sn最大.感悟提升 1.项的性质:在等差数列{an}中,若m+n=p+q(m,n,p,q∈N*),则am+an=ap+aq.2.和的性质:在等差数列{an}中,Sn为其前n项和,则(1)S2n=n(a1+a2n)=…=n(an+an+1);(2)S2n-1=(2n-1)an.(3)依次k项和成等差数列,即Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…成等差数列.3.求等差数列前n项和的最值,常用的方法:(1)利用等差数列的单调性,求出其正负转折项,或者利用性质求其正负转折项,便可求得和的最值;(2)利用公差不为零的等差数列的前n项和Sn=An2+Bn(A,B为常数,A≠0)为二次函数,通过二次函数的性质求最值.训练2 (1)(多选)(2022·淄博调研)已知等差数列{an}的公差为d,前n项和为Sn,当首项a1和d变化时,a2+a8+a11是一个定值,则下列各数也为定值的是( )A.a7 B.a8 C.S13 D.S15答案 AC解析 由题知a2+a8+a11=a1+d+a1+7d+a1+10d=3a1+18d=3(a1+6d)=3a7,∴a7是定值,∴S13==13a7是定值,故选AC.(2)(2022·重庆诊断)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,若a1=-2 020,-=6,则S2 023等于( )A.2 023 B.-2 023C.4 046 D.-4 046答案 C解析 ∵为等差数列,设公差为d′,则-=6d′=6,∴d′=1,首项为=-2 020,∴=-2 020+(2 023-1)×1=2,∴S2 023=2 023×2=4 046,故选C.(3)设等差数列{an}满足a1=1,an>0(n∈N*),其前n项和为Sn,若数列{}也为等差数列,则eq \f(Sn+10,a)的最大值是________.答案 121解析 设数列{an}的公差为d,依题意得2=+,∴2=+,把a1=1代入求得d=2,∴an=1+(n-1)×2=2n-1,Sn=n+×2=n2,∴eq \f(Sn+10,a)====≤121.∴eq \f(Sn+10,a)的最大值是121.1.已知公差不为0的等差数列{an}中,a2+a4=a6,a9=a,则a10=( )A. B.5 C.10 D.40答案 A解析 设公差为d,由已知得由于d≠0,故a1=d=,所以a10=+×9=.2.(多选)记Sn为等差数列{an}的前n项和.已知S4=0,a5=5,则下列选项正确的是( )A.a2+a3=0 B.an=2n-5C.Sn=n(n-4) D.d=-2答案 ABC解析 S4==0,∴a1+a4=a2+a3=0,A正确;a5=a1+4d=5,①a1+a4=a1+a1+3d=0,②联立①②得∴an=-3+(n-1)×2=2n-5,B正确,D错误;Sn=-3n+×2=n2-4n,C正确,故选ABC.3.已知数列{an}满足5an+1=25·5an,且a2+a4+a6=9,则log(a5+a7+a9)=( )A.-3 B.3 C.- D.答案 A解析 数列{an}满足5an+1=25·5an,∴an+1=an+2,即an+1-an=2,∴数列{an}是等差数列,公差为2.∵a2+a4+a6=9,∴3a4=9,a4=3.∴a1+3×2=3,解得a1=-3.∴a5+a7+a9=3a7=3×(-3+6×2)=27,则log(a5+a7+a9)=log33=-3.故选A.4.(2021·深圳一模)在数列{an}中,a1=3,am+n=am+an(m,n∈N*),若a1+a2+a3+…+ak=135,则k=( )A.10 B.9 C.8 D.7答案 B解析 令m=1,由am+n=am+an可得an+1=a1+an,所以an+1-an=3,所以{an}是首项为a1=3,公差为3的等差数列,an=3+3(n-1)=3n,所以a1+a2+a3+…+ak===135.整理可得k2+k-90=0,解得k=9或k=-10(舍).5.(多选)(2022·衡阳联考)设数列{an}的前n项和为Sn,若为常数,则称数列{an}为“吉祥数列”,则下列数列{bn}为“吉祥数列”的是( )A.bn=n B.bn=(-1)n(n+1)C.bn=4n-2 D.bn=2n答案 BC解析 若{bn}是等差数列,则根据等差数列求和公式知需b1+bn=kn,k∈R,则{bn}为“吉祥数列”,检验A,C可知C符合题意;{bn}是摆动数列,由并项求和法知S2n=n,S4n=2n,==,故B符合题意;根据等比数列求和公式知D不符合题意.故选BC.6.设Sn为等差数列{an}的前n项和,若S6=1,S12=4,则S18=________.答案 9解析 在等差数列中,S6,S12-S6,S18-S12成等差数列,∵S6=1,S12=4,∴1,3,S18-4成公差为2的等差数列,即S18-4=5,∴S18=9.7.等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,若=,则等于________.答案 解析 ======.8.(2021·长春一模)设Sn为等差数列{an}的前n项和,a6+a7=1,则S12=________,若a7<0,则使得不等式Sn<0成立的最小整数n=________.答案 6 13解析 根据{an}为等差数列,且a6+a7=1,得S12==6(a6+a7)=6;若a7<0,则S13==13a7<0,又S12>0,所以使不等式Sn<0成立的最小整数n=13.9.已知数列{an}的前n项和为Sn,满足a1=,a2=2,2(Sn+2+Sn)=4Sn+1+1,则数列{an}的前16项和S16=________.答案 84解析 将2(Sn+2+Sn)=4Sn+1+1变形为(Sn+2-Sn+1)-(Sn+1-Sn)=,即an+2-an+1=,又a1=,a2=2,∴a2-a1=符合上式,∴{an}是首项a1=,公差d=的等差数列,∴S16=16×+×=84.10.已知等差数列的前三项依次为a,4,3a,前n项和为Sn,且Sk=110.(1)求a及k的值;(2)设数列{bn}的通项公式bn=,证明:数列{bn}是等差数列,并求其前n项和Tn.(1)解 设该等差数列为{an},则a1=a,a2=4,a3=3a,由已知有a+3a=8,得a1=a=2,公差d=4-2=2,所以Sk=ka1+·d=2k+×2=k2+k,由Sk=110,得k2+k-110=0,解得k=10或k=-11(舍去),故a=2,k=10.(2)证明 由(1)得Sn==n(n+1),则bn==n+1,故bn+1-bn=(n+2)-(n+1)=1,即数列{bn}是首项为2,公差为1的等差数列,所以Tn==.11.已知公差大于零的等差数列{an}的前n项和为Sn,且满足a2a4=65,a1+a5=18.(1)求数列{an}的通项公式;(2)是否存在常数k,使得数列{}为等差数列?若存在,求出常数k;若不存在,请说明理由.解 (1)设公差为d.∵{an}为等差数列,∴a1+a5=a2+a4=18,又a2a4=65,∴a2,a4是方程x2-18x+65=0的两个根,又公差d>0,∴a2<a4,∴a2=5,a4=13.∴∴∴an=4n-3.(2)由(1)知,Sn=n+×4=2n2-n,假设存在常数k,使数列{}为等差数列.由+=2,得+=2,解得k=1.∴==n,当n≥2时,n-(n-1)=,为常数,∴数列{}为等差数列.故存在常数k=1,使得数列{}为等差数列.12.(多选)(2021·南通海门一中期末)在悠久灿烂的中国古代文化中,数学文化是其中一朵绚丽的奇葩.《张丘建算经》是我国古代有标志性的内容丰富的众多数学名著之一,大约创作于公元5世纪.书中有如下问题:“今有女善织,日益功疾,初日织五尺,今一月织九匹三丈,问日益几何?”.其大意为:“有一女子擅长织布,织布的速度一天比一天快,从第二天起,每天比前一天多织相同数量的布,第一天织5尺,一个月共织了九匹三丈,问从第二天起,每天比前一天多织多少尺布?”.已知1匹=4丈,1丈=10尺,若这一个月有30天,记该女子这一个月中第n天所织布的尺数为an,bn=2an,对于数列{an}、{bn},下列选项中正确的为( )A.b10=8b5 B.{bn}是等比数列C.a1b30=105 D.=答案 BD解析 由题意可知,数列{an}为等差数列,设数列{an}的公差为d,由题意可得a1=5,30a1+=390,解得d=,∴an=a1+(n-1)d=.∵bn=2an,∴==2an+1-an=2d(非零常数),则数列{bn}是等比数列,B正确;∵5d=5×=≠3,=(2d)5=25d≠23,∴b10≠8b5,A错误;a30=a1+29d=5+16=21,∴a1b30=5×221>105,C错误;a4=a1+3d=5+3×=,a5=a1+4d=5+4×=,所以===,D正确.故选BD.13.(2022·衡水模拟)已知在数列{an}中,a6=11,且nan-(n-1)an+1=1,则an=________;eq \f(a+143,n)的最小值为________.答案 2n-1 44解析 nan-(n-1)an+1=1,∴(n+1)an+1-nan+2=1,两式相减得nan-2nan+1+nan+2=0,∴an+an+2=2an+1,∴数列{an}为等差数列.当n=1时,由nan-(n-1)an+1=1得a1=1,由a6=11,得公差d=2,∴an=1+2(n-1)=2n-1,∴eq \f(a+143,n)==4n+-4≥2-4=44,当且仅当4n=,即n=6时等号成立.14.等差数列{an}中,公差d<0,a2+a6=-8,a3a5=7.(1)求{an}的通项公式;(2)记Tn为数列{bn}前n项的和,其中bn=|an|,n∈N*,若Tn≥1 464,求n的最小值.解 (1)∵等差数列{an}中,公差d<0,a2+a6=-8,∴a2+a6=a3+a5=-8,又∵a3a5=7,∴a3,a5是一元二次方程x2+8x+7=0的两个根,且a3>a5,解方程x2+8x+7=0,得a3=-1,a5=-7,∴解得a1=5,d=-3.∴an=5+(n-1)×(-3)=-3n+8.(2)由(1)知{an}的前n项和Sn=5n+×(-3)=-n2+n.∵bn=|an|,∴b1=5,b2=2,b3=|-1|=1,b4=|-4|=4,当n≥3时,bn=|an|=3n-8.当n<3时,T1=5,T2=7;当n≥3时,Tn=-Sn+2S2=-+14.∵Tn≥1 464,∴Tn=-+14≥1 464,即(3n-100)(n+29)≥0,解得n≥,∴n的最小值为34. 展开更多...... 收起↑ 资源预览