湘教版高中数学选择性必修第一册第1章数列1.2.3第2课时等差数列前n项和的性质及其应用课件(共58张PPT)+学案

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湘教版高中数学选择性必修第一册第1章数列1.2.3第2课时等差数列前n项和的性质及其应用课件(共58张PPT)+学案

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(共58张PPT)
1.2.3 等差数列的前n项和
第2课时 等差数列前n项和的性质及其应用
 
第1章 1.2 等差数列
学习目标
1.理解等差数列前n项和的性质并学会运用,培养数学运算、逻辑推理的核心素养.
2.能够利用等差数列前n项和的函数性质求其前n 项和的最值,提升数学运算、逻辑推理的核心素养.
3.能在具体的问题情境中,发现数列的等差关系,并解决相应的问题,提升数学建模的核心素养.
应用一 等差数列前n项和性质的应用
(1)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,S2n=6,S3n=12,则Sn的值为
A.2     B.0    
C.3     D.4
典例1
因为Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等差数列,故有2(S2n-Sn)=Sn+(S3n-S2n),即2(6-Sn)=Sn+(12-6),
解得Sn=2.故选A.


(3)已知某等差数列共有10项,其奇数项之和为15,偶数项之和为30,则其公差为
A.5 B.4
C.3 D.2

规律方法
对点练1.一个等差数列共211项,则它的奇数项和与偶数项和之比为__________.
106∶105

对点练2.一个等差数列前20项的和为75,其中奇数项的和与偶数项的和之比为1∶2,则公差d的值为___.

因为{an}是等差数列,
所以S3,S6-S3,S9-S6,S12-S9成等差数列,
所以2(S6-S3)=S3+S9-S6,
即2(S6+12)=-12+45-S6,解得S6=3.
又2(S9-S6)=S6-S3+S12-S9,
即2×(45-3)=3+12+S12-45,解得S12=114.
对点练3.设等差数列{an}的前n项和为Sn,且S3=-12,S9=45,则S12=______.
114
返回
应用二 等差数列前n项和最值问题
典例2
规律方法
规律方法

对点练4.已知数列{an}的通项公式为an=2n-37,则Sn取最小值时n的
值为
A.17 B.18
C.19 D.20
因为an=2n-37,当n≥19时,an>0,当n≤18时,an<0,故Sn的最小值为S18,故选B.
对点练5.已知数列{an}中,前n项和Sn=n2-15n,则使Sn为最小值的n是
A.7 B.8
C.7或8 D.9

对点练6.已知{an}为等差数列,a1+a3+a5=105,a2+a4+a6=99,以Sn表示{an}的前n项和,则使得Sn达到最大值的n是
A.21 B.20
C.19 D.18


所以当1≤n≤20时,an>0,当n≥21时,an<0,
故当n=20时,Sn达到最大值.
故选B.
返回
应用三 等差数列前n项和的实际应用
某工厂用分期付款的方式购买40套机器设备,共需1 150万元,购买当天先付150万元,以后每月这一天都交付50万元.并加付欠款利息,月利率为1%,若交付150万元后的第1个月为分期付款的第1个月,问分期付款的第10个月应付多少钱?全部按期付清后,买这40套机器设备实际花了多少钱?
解:因为购买设备时已付150万元,
所以欠款为1 000万元.
依据题意,知其后应分20次付款,
典例3
规律方法
应用等差数列解决实际问题的一般思路
1.根据题设条件,建立数学模型:①分析实际问题的结构特征;②找出所含元素的数量关系;③确定为何种数学模型.
2.利用相关的数列知识加以解决:①分清首项、公差、项数等;②分清是an还是Sn问题;③选用适当的方法求解.
3.把数学问题的解客观化,针对实际问题的约束条件合理修正,使其成为实际问题的解.
对点练7.朱世杰是历史上最伟大的数学家之一,他所著的《四元玉鉴》卷中“如象招数”五问中有如下问题:“今有官司差夫一千八百六十四人筑堤,只云初日差六十四人,次日转多七人.”其大意为:“官府陆续派遣1 864人前往修筑堤坝,第一天派出64人,从第二天开始每天派出的人数比前一天多7人.”在该问题中的1 864人全部派遣到位需要的天数为
A.9 B.16
C.18 D.20

对点练8.植树节某班20名同学在一段直线公路一侧植树,每人植树一棵,相邻两棵树相距10 m,开始时需将树苗集中放置在某一棵树坑旁边,使每位同学从各自树坑出发前来领取树苗往返所走的路程总和最小,此最小值为______m.
2 000

随堂评价

1.设等差数列{an}的前n项和为Sn,若S3=9,S6=36,则a7+a8+a9等于
A.63     B.45    
C.36     D.27
数列{an}为等差数列,则S3,S6-S3,S9-S6为等差数列,即2(S6-S3)=S3+(S9-S6),
因为S3=9,S6-S3=27,所以S9-S6=45,
即a7+a8+a9=S9-S6=45.
2.《张丘建算经》是公元5世纪中国古代内容丰富的数学著作,书中卷上第二十三问:“今有女善织,日益功疾,初日织五尺,今一月织九匹三丈,问半月织几何?”其意思为:“有个女子织布,每天比前一天多织相同量的布,第一天织5尺,一个月(按30天计)共织布9匹3丈.问:前半个月(按15天计)共织多少布?”已知1匹=4丈,1丈=10尺,可估算出前半个月一共织的布约有
A.195尺 B.133尺
C.130尺 D.135尺

3.设项数为奇数的等差数列,奇数项之和为44,偶数项之和为33,则这个数列的中间项是____,项数是____.
11
7

4.已知等差数列{an}满足S3=18,a2+a4=10,则数列{an}的通项公式为__________,Sn的最大值为___.
an=8-n
28

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课时测评







4.设数列{an}是等差数列,且a2=-8,a15=5,Sn是数列{an}的前n项和,则
A.S10=S11 B.S10>S11
C.S9=S10 D.S9<S10

5.(多选)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,且S6>S7>S5,则下列四个命题正确的是
A.d<0 B.S11>0
C.S12<0 D.数列{Sn}中的最大项为S11

6.等差数列{an}的前n项和为Sn,若S12=84,S20=460,则S28=______.
1 092


7.设{an}为等差数列,a1>0,a6+a7>0,a6·a7<0,则使其前n项和Sn>0成立的最大自然数是____.
12
8.等差数列{an}中,a10<0,a11>0,且a11>|a10|,Sn为其前n项和,则使Sn>0的n的最小值为____.
20
由an+1+an=2n-44(n∈N+),
得an+2+an+1=2(n+1)-44,
所以an+2-an=2.
又a2+a1=2-44=-42,
所以a2=-19.
同理可得a3=-21,a4=-17.








13.已知Sn为等差数列{an}的前n项和,且满足a4=1,S5=-5,则d=____,Sn的最小值为_____.
2
-9

15.(5分)等差数列{an}中,若am=n,an=m,则am+n=____;若Sm=n,Sn=m,则Sm+n=__________.
0
-(m+n)
16.(17分)设数列{an}的前n项和为Sn.若对任意的正整数n,总存在正整数m,使得Sn=am,则称{an}是“H数列”.
(1)若数列{an}的前n项和Sn=2n(n∈N+),证明:{an}是“H数列”;
解:证明:由已知得,当n≥1时,an+1=Sn+1-Sn=2n+1-2n=2n.
于是对任意的正整数n,总存在正整数m=n+1,使得Sn=2n=am.所以{an}是“H数列”.
返回第2课时 等差数列前n项和的性质及其应用
学习目标 1.理解等差数列前n项和的性质并学会运用,培养数学运算、逻辑推理的核心素养. 2.能够利用等差数列前n项和的函数性质求其前n 项和的最值,提升数学运算、逻辑推理的核心素养. 3.能在具体的问题情境中,发现数列的等差关系,并解决相应的问题,提升数学建模的核心素养.
应用一 等差数列前n项和性质的应用
(1)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,S2n=6,S3n=12,则Sn的值为(  )
A.2     B.0    
C.3     D.4
(2)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,公差为d,若-=100,则d的值为(  )
A.1 B.
C. D.
(3)已知某等差数列共有10项,其奇数项之和为15,偶数项之和为30,则其公差为(  )
A.5 B.4
C.3 D.2
答案:(1)A (2)A (3)C
解析:(1)因为Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等差数列,故有2(S2n-Sn)=Sn+(S3n-S2n),即2(6-Sn)=Sn+(12-6),
解得Sn=2.故选A.
(2)根据Sn=,得-===100,则d=1.
(3)由题知S偶-S奇=5d,
所以d==3.
等差数列的前n项和的常用性质 1.等差数列的依次k项之和Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…组成公差为k2d的等差数列. 2.数列{an}是等差数列 Sn=an2+bn(a,b为常数) 数列{}为等差数列. 3.若S奇表示奇数项的和,S偶表示偶数项的和,公差为d. (1)当项数为偶数2n时,S偶-S奇=nd,=; (2)当项数为奇数2n-1时,S奇-S偶=an,=.
对点练1.一个等差数列共211项,则它的奇数项和与偶数项和之比为    .
答案:106∶105
解析:设该数列为{an},则等差数列{an}中共有106个奇数项,105个偶数项,
所以S奇=,S偶=.
又a1+a211=a2+a210,
所以S奇∶S偶=106∶105.
对点练2.一个等差数列前20项的和为75,其中奇数项的和与偶数项的和之比为1∶2,则公差d的值为    .
答案:
解析:依题意,前20项中,奇数项的和S奇=×75=25,
偶数项的和S偶=×75=50,
又S偶-S奇=10d,所以d==.
对点练3.设等差数列{an}的前n项和为Sn,且S3=-12,S9=45,则S12=    .
答案:114
解析:因为{an}是等差数列,
所以S3,S6-S3,S9-S6,S12-S9成等差数列,
所以2(S6-S3)=S3+S9-S6,
即2(S6+12)=-12+45-S6,解得S6=3.
又2(S9-S6)=S6-S3+S12-S9,
即2×(45-3)=3+12+S12-45,解得S12=114.
应用二 等差数列前n项和最值问题
在等差数列{an}中,公差为d,若a1=25,且S9=S17,求Sn的最大值.
解:法一:由S9=S17得9a1+d
=17a1+d,
又a1=25,所以d=-2.
则Sn=25n+×(-2)=-n2+26n
=-(n-13)2+169,
故当n=13时,Sn取得最大值,最大值为169.
法二:由S9=S17得9a1+d=17a1+d,又a1=25,所以d=-2,
则an=25+(-2)×(n-1)=-2n+27.
令an>0,则-2n+27>0,解得n<13.5,
即数列{an}的前13项均为正数,第13项以后均为负数,
故数列{an}的前13项和最大,最大值为
S13=13×25+×(-2)=169.
等差数列前n项和的最值的求法 1.若a1>0,d<0,则Sn必有最大值,其n可用不等式组来确定; 若a1<0,d>0,则Sn必有最小值,其n可用不等式组来确定. 2.配方法 Sn=n2+(a1-)n =-· =-·, 由二次函数的最大值、最小值知识及n∈N+,知当n取最接近-的正整数时,Sn取得最大值或最小值.最接近-的正整数有时有一个,有时有两个.
对点练4.已知数列{an}的通项公式为an=2n-37,则Sn取最小值时n的值为(  )
A.17 B.18
C.19 D.20
答案:B
解析:因为an=2n-37,当n≥19时,an>0,当n≤18时,an<0,故Sn的最小值为S18,故选B.
对点练5.已知数列{an}中,前n项和Sn=n2-15n,则使Sn为最小值的n是(  )
A.7 B.8
C.7或8 D.9
答案:C
解析:Sn=n2-15n=-,
所以数列{Sn}的图象是分布在抛物线y=(x-)2-上的横坐标为正整数的离散的点.
又抛物线开口向上,以x=为对称轴,且=,
所以当n=7,8时,Sn有最小值.
故选C.
对点练6.已知{an}为等差数列,a1+a3+a5=105,a2+a4+a6=99,以Sn表示{an}的前n项和,则使得Sn达到最大值的n是(  )
A.21 B.20
C.19 D.18
答案:B
解析:设等差数列{an}的公差为d,则由已知a1+a3+a5=105,a2+a4+a6=99,得:
解得:所以an=41-2n,由an=41-2n≥0,得:n≤20,
所以当1≤n≤20时,an>0,当n≥21时,an<0,
故当n=20时,Sn达到最大值.
故选B.
应用三 等差数列前n项和的实际应用
某工厂用分期付款的方式购买40套机器设备,共需1 150万元,购买当天先付150万元,以后每月这一天都交付50万元.并加付欠款利息,月利率为1%,若交付150万元后的第1个月为分期付款的第1个月,问分期付款的第10个月应付多少钱?全部按期付清后,买这40套机器设备实际花了多少钱?
解:因为购买设备时已付150万元,
所以欠款为1 000万元.
依据题意,知其后应分20次付款,
则每次付款的数额顺次构成数列{an},且a1=50+1 000×1%=60,a2=50+(1 000-50)×1%=59.5,a3=50+(1 000-50×2)×1%=59,……,an=50+[1 000-50(n-1)]×1%=60-0.5(n-1)(1≤n≤20,n∈N+),
所以数列{an}是以60为首项,-0.5为公差的等差数列,
所以a10=60-9×0.5=55.5,
S20==1 105.
所以全部按期付清后,买这40套机器设备实际共花费了1 105+150=1 255(万元).
故分期付款的第10个月应付55.5万元,全部按期付清后,买这40套机器设备实际花了1 255万元.
应用等差数列解决实际问题的一般思路 1.根据题设条件,建立数学模型:①分析实际问题的结构特征;②找出所含元素的数量关系;③确定为何种数学模型. 2.利用相关的数列知识加以解决:①分清首项、公差、项数等;②分清是an还是Sn问题;③选用适当的方法求解. 3.把数学问题的解客观化,针对实际问题的约束条件合理修正,使其成为实际问题的解.
对点练7.朱世杰是历史上最伟大的数学家之一,他所著的《四元玉鉴》卷中“如象招数”五问中有如下问题:“今有官司差夫一千八百六十四人筑堤,只云初日差六十四人,次日转多七人.”其大意为:“官府陆续派遣1 864人前往修筑堤坝,第一天派出64人,从第二天开始每天派出的人数比前一天多7人.”在该问题中的1 864人全部派遣到位需要的天数为(  )
A.9 B.16
C.18 D.20
答案:B
解析:根据题意设每天派出的人数组成数列{an},分析可得数列是首项a1=64,公差d=7的等差数列,设该问题中的1 864人全部派遣到位的天数为n,则64n+×7=1 864,依次将选项中的n值代入检验得,n=16满足方程.故选B.
对点练8.植树节某班20名同学在一段直线公路一侧植树,每人植树一棵,相邻两棵树相距10 m,开始时需将树苗集中放置在某一棵树坑旁边,使每位同学从各自树坑出发前来领取树苗往返所走的路程总和最小,此最小值为    m.
答案:2 000
解析:假设20位同学是1号到20号依次排列,使每位同学从各自树坑出发前来领取树苗往返所走的路程总和最小,则树苗需放在第10或第11号树坑旁,此时两侧的同学所走的路程分别组成以20为首项,20为公差的等差数列,故所有同学往返的总路程为S=9×20+×20+10×20+×20=2 000(m).
1.设等差数列{an}的前n项和为Sn,若S3=9,S6=36,则a7+a8+a9等于(  )
A.63     B.45    
C.36     D.27
答案:B
解析:数列{an}为等差数列,则S3,S6-S3,S9-S6为等差数列,即2(S6-S3)=S3+(S9-S6),
因为S3=9,S6-S3=27,所以S9-S6=45,
即a7+a8+a9=S9-S6=45.
2.《张丘建算经》是公元5世纪中国古代内容丰富的数学著作,书中卷上第二十三问:“今有女善织,日益功疾,初日织五尺,今一月织九匹三丈,问半月织几何?”其意思为:“有个女子织布,每天比前一天多织相同量的布,第一天织5尺,一个月(按30天计)共织布9匹3丈.问:前半个月(按15天计)共织多少布?”已知1匹=4丈,1丈=10尺,可估算出前半个月一共织的布约有(  )
A.195尺 B.133尺
C.130尺 D.135尺
答案:B
解析:9匹3丈为390尺,每天的织布数成等差数列,首项a1=5,记公差为d.
由S30=5×30+d=390,得d=,
则S15=15×5+×=75+≈133.故选B.
3.设项数为奇数的等差数列,奇数项之和为44,偶数项之和为33,则这个数列的中间项是    ,项数是    .
答案:11 7
解析:设等差数列{an}的项数为2n+1,
S奇=a1+a3+…+a2n+1=
=(n+1)an+1,
S偶=a2+a4+a6+…+a2n==nan+1,
所以==,解得n=3,所以项数2n+1=7,
S奇-S偶=an+1,即a4=44-33=11为所求中间项.
4.已知等差数列{an}满足S3=18,a2+a4=10,则数列{an}的通项公式为    ,Sn的最大值为   .
答案:an=8-n 28
解析:由题意可知,
所以an=8-n,即数列{an}的通项公式为an=8-n,
因为Sn===-n2+n
=-(n-)2+,
所以当n=7或8时,Sn取最大值28.
课时测评7 等差数列前n项和的性质及其应用
(时间:60分钟 满分:110分)
(1—9小题,每小题5分,共45分)
1.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且=,则=(  )
A.     B.    
C.     D.
答案:D
解析:因为===,所以=,
可得===.故选D.
2.已知等差数列{an},{bn},其前n项和分别为Sn,Tn,=,则=(  )
A. B.
C.1 D.2
答案:A
解析:因为Sn=,Tn=,
所以==,
又因为=,所以=,即=.
3.等差数列{an}和{bn},其前n项和分别为Sn、Tn,且=,则=(  )
A. B.
C. D.
答案:D
解析:因为数列{an}和是等差数列,所以==,
又S13=×13=13a7,T13=×13=13b7,所以==,
在=中,令n=13有==,
所以===.故选D.
4.设数列{an}是等差数列,且a2=-8,a15=5,Sn是数列{an}的前n项和,则(  )
A.S10=S11 B.S10>S11
C.S9=S10 D.S9<S10
答案:C
解析:因为a2=-8,a15=5,设公差为d,则d==1,
所以an=n-10,因此S9=S10是前n项和Sn的最小值.
故选C.
5.(多选)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,且S6>S7>S5,则下列四个命题正确的是(  )
A.d<0
B.S11>0
C.S12<0
D.数列{Sn}中的最大项为S11
答案:AB
解析:因为S6>S7,所以a7<0,
因为S7>S5,所以a6+a7>0,
所以a6>0,所以d<0,A正确.
又S11=(a1+a11)=11a6>0,B正确.
S12=(a1+a12)=6(a6+a7)>0,C不正确.
{Sn}中最大项为S6,D不正确.
6.等差数列{an}的前n项和为Sn,若S12=84,S20=460,则S28=    .
答案:1 092
解析:法一:设等差数列{an}的公差为d,
则由已知条件得
整理得
所以Sn=-15n+×4=2n2-17n,
所以S28=1 092.
法二:由题意,设Sn=an2+bn.
由S12=84,S20=460,得
解得所以Sn=2n2-17n,
所以S28=2×282-17×28=1 092.
法三:设等差数列{an}的公差为d,
则Sn=na1+d,
所以=a1+(n-1),易知{}是等差数列.
又12,20,28成等差数列,所以,,成等差数列,
所以2×=+,即2×=+,
解得S28=1 092.
7.设{an}为等差数列,a1>0,a6+a7>0,a6·a7<0,则使其前n项和Sn>0成立的最大自然数是    .
答案:12
解析:因为a6+a7>0,
故S12==6(a6+a7)>0,
又a1>0,a6·a7<0,所以可知S13<0,即使Sn>0成立的自然数n最大取12.
8.等差数列{an}中,a10<0,a11>0,且a11>|a10|,Sn为其前n项和,则使Sn>0的n的最小值为    .
答案:20
解析:因为a10<0,a11>0,a11>|a10|,所以a10+a11>0,
因此S19==19a10<0,
S20==10(a10+a11)>0,
S21==21a11>0,
因此n的最小值为20.
9.在数列{an}中,+an=2n-44(n∈N+),a1=-23.则数列{an}的通项公式为      .
答案:an=
解析:由an+1+an=2n-44(n∈N+),
得an+2+an+1=2(n+1)-44,
所以an+2-an=2.
又a2+a1=2-44=-42,
所以a2=-19.
同理可得a3=-21,a4=-17.
由an+2-an=2可得a1,a3,a5,…是以a1为首项,2为公差的等差数列,a2,a4,a6,…是以a2为首项,2为公差的等差数列.所以an=
10.(13分)某抗洪指挥部接到预报,24小时后有一洪峰到达,为确保安全,指挥部决定在洪峰到来之前临时筑一道堤坝作为第二道防线.经计算,除现有的参战军民连续奋战外,还需调用20台同型号翻斗车,平均每辆车工作24小时.从各地紧急抽调的同型号翻斗车目前只有一辆投入使用,每隔20分钟能有一辆翻斗车到达,一共可调集25辆,那么在24小时内能否构筑成第二道防线?
解:从第一辆车投入工作算起各车工作时间(单位:小时)依次设为a1,a2,…,a25.由题意可知,此数列为等差数列,且a1=24,公差d=-.
25辆翻斗车完成的工作量为a1+a2+…+a25=25×24+25×12×(-)=500,而需要完成的工作量为24×20=480.
因为500>480,所以在24小时内能构筑成第二道防线.
(11—13小题,每小题5分,共15分)
11.已知数列{an}满足a1=,an+1=,则数列{an}的前2 020项和S2 020=(  )
A. B.
C. D.
答案:C
解析:因为an+1=,
所以=2(2n+1)+,即-=4n+2,
所以数列是首项为6,公差为4的等差数列.
设数列的前n项和为Tn,则Tn-1=-+-+…+-=-=-(n≥2).
根据等差数列的前n项和公式得
Tn-1==2n2-2(n≥2),
所以-=2n2-2(n≥2),则=2n2-,
即=(2n+1)(2n-1),所以an==-(n≥2),
又a1=满足上式,故an=-,则S2 020=1-+-+…+-=1-=.
12.(多选)设等差数列{an}的公差为d,前n项和为Sn,若a3=12,S12>0,S13<0,则下列结论正确的是(  )
A.数列{an}是递增数列
B.S5=60
C.-<d<-3
D.S1,S2,…,S12中最大的是S6
答案:BCD
解析:依题意,有S12=12a1+d>0,S13=13a1+d<0,化简得2a1+11d>0 ①,a1+6d<0 ②,即a6+a7>0,a7<0,所以a6>0.由a3=12,得a1=12-2d ③,联立①②③,解得-<d<-3,故可知等差数列{an}是递减数列,当Sn最大时,结合-<d<-3,可得n=6,所以S1,S2,…,S12中最大的是S6.S5==5a3=60.
13.已知Sn为等差数列{an}的前n项和,且满足a4=1,S5=-5,则d=    ,Sn的最小值为    .
答案:2 -9
解析:由a4=1,S5=-5,可得解得a1=-5,d=2,
又Sn=-5n+×2=n2-6n,当n=3时,Sn有最小值-9.
14.(15分)在等差数列{an}中,a10=23,a25=-22.
(1)数列{an}前多少项和最大?
(2)求{|an|}的前n项和Sn.
解:(1)由已知得,
所以an=a1+(n-1)d=-3n+53.
令an>0,得n<,
所以当n≤17,n∈N+时,an>0;
当n≥18,n∈N+时,an<0,
所以数列{an}的前17项和最大.
(2)当n≤17,n∈N+时,
|a1|+|a2|+…+|an|=a1+a2+…+an
=na1+d=-n2+n.
当n≥18,n∈N+时,
|a1|+|a2|+…+|an|
=a1+a2+…+a17-a18-a19-…-an
=2(a1+a2+…+a17)-(a1+a2+…+an)
=2×(-×172+×17)-(-n2+n)
=n2-n+884.
所以Sn=
15.(5分)等差数列{an}中,若am=n,an=m,则am+n=    ;若Sm=n,Sn=m,则Sm+n=    .
答案:0 -(m+n)
解析:由an=a1+(n-1)d得am=a1+(m-1)d=n,an=a1+(n-1)d=m,
两式作差得(m-n)d=n-m,即d=-1,am+n=am+d=n-n=0;
设Sn=An2+Bn,
则Sm=Am2+Bm=n,Sn=An2+Bn=m,
两式作差得1+A(n+m)+B=0,
Sm+n=A(m+n)2+B(m+n)
=(m+n)=-(m+n).
16.(17分)设数列{an}的前n项和为Sn.若对任意的正整数n,总存在正整数m,使得Sn=am,则称{an}是“H数列”.
(1)若数列{an}的前n项和Sn=2n(n∈N+),证明:{an}是“H数列”;
(2)设{an}是等差数列,其首项a1=1,公差d<0.若{an}是“H数列”,求d的值;
(3)证明:对任意的等差数列{an},总存在两个“H数列”{bn}和{cn},使得an=bn+cn(n∈N+)成立.
解:(1)证明:由已知得,当n≥1时,an+1=Sn+1-Sn=2n+1-2n=2n.
于是对任意的正整数n,总存在正整数m=n+1,使得Sn=2n=am.所以{an}是“H数列”.
(2)由已知,得S2=2a1+d=2+d.
因为{an}是“H数列”,所以存在正整数m,使得S2=am,
即2+d=1+(m-1)d,于是(m-2)d=1.
因为d<0,所以m-2<0,故m=1,从而d=-1.
当d=-1时,an=2-n,Sn=是小于2的整数,n∈N+.
于是对任意的正整数n,总存在正整数m=2-Sn=2-,使得Sn=2-m=am,所以{an}是“H数列”.
因此d的值为-1.
(3)证明:设等差数列{an}的公差为d',则an=a1+(n-1)d'=na1+(n-1)(d'-a1)(n∈N+).
令bn=na1,cn=(n-1)(d'-a1),则an=bn+cn(n∈N+).
下面证{bn}是“H数列”.
设{bn}的前n项和为Tn,则Tn=a1(n∈N+).
于是对任意的正整数n,总存在正整数m=,使得Tn=bm,所以{bn}是“H数列”.
同理可证{cn}也是“H数列”.
所以,对任意的等差数列{an},总存在两个“H数列”{bn}和{cn},使得an=bn+cn(n∈N+)成立.
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