湘教版高中数学选择性必修第一册第1章数列1.3.3第1课时等比数列的前n项和公式课件(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1.3.3第1课时等比数列的前n项和公式课件(共58张PPT)+学案

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1.3.3 等比数列的前n项和
第1课时 等比数列的前n项和公式
学习目标 1.探索并掌握等比数列的前n项和公式,理解等比数列通项公式与前n项和公式的关系. 2.会求解与等比数列前n项和有关的基本运算,培养数学运算的核心素养. 3.掌握等比数列前n项和公式的函数特征及其应用,提升逻辑推理、数学运算的核心素养.
任务一 等比数列的前n项和公式
问题.若等比数列{an}的首项是a1,公比是q,如何求该等比数列的前n项的和?
提示:因为Sn=a1+a2+a3+…+an-1+an,
所以Sn=a1+a1q+a1q2+…+a1qn-2+a1qn-1,
上式中每一项都乘等比数列的公比可得qSn=a1q+a1q2+a1q3+…+a1qn-1+a1qn,
发现上面两式中有很多相同的项,两式相减可得Sn-qSn=a1-a1qn,
即(1-q)Sn=a1(1-qn),当q≠1时,有Sn=,而当q=1时,Sn=na1.上述等比数列求前n项和的方法,我们称为“错位相减法”.
已知量 首项a1,公比q与项数n 首项a1,末项an与公比q
公式 Sn= Sn=
在等比数列{an}中,公比为q,前n项和为Sn.
(1)若a1=8,an=,Sn=,求n;
(2)若S3=,S6=,求an及Sn.
解:(1)显然q≠1,由Sn=,即=,
所以q=.又因为an=a1qn-1,即8×=,所以n=6.
(2)法一:由S6≠2S3知q≠1,由题意得
②÷①,得1+q3=9,所以q3=8,即q=2.
代入①得a1=,所以an=a1qn-1=×2n-1=2n-2,
Sn==2n-1-.
法二:由S3=a1+a2+a3,S6=S3+a4+a5+a6=S3+q3(a1+a2+a3)=S3+q3S3=(1+q3)S3.
所以1+q3==9,所以q3=8,即q=2.
代入=,得a1=,所以an=a1qn-1=×2n-1=2n-2,
Sn==2n-1-.
  在等比数列{an}的五个量a1,q,an,n,Sn中,a1与q是最基本的元素,当条件与结论间的联系不明显时,均可以用a1与q表示an与Sn,从而列方程组求解,在解方程组时经常用到两式相除达到整体消元的目的.这是方程思想与整体思想在数列中的具体应用.
对点练1.设等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=3,且a2 019+a2 020=0,则S101等于(  )
A.3 B.303
C.-3 D.-303
答案:A
解析:设数列{an}的公比为q,由a2 019+a2 020=0可得q=-1,故S101=a101=a1=3.
对点练2.等比数列{an}的各项均为实数,其前n项和为Sn.已知S3=,S6=,则a8=    .
答案:32
解析:设等比数列{an}的公比为q,则由S6≠2S3得q≠1,则则a8=a1q7=×27=32.
对点练3.在数列{an}中,a1=2,an+1=2an,Sn为{an}的前n项和.若Sn=126,则n=    .
答案:6
解析:因为在数列{an}中a1=2,an+1=2an,所以数列{an}是首项为2,公比为2的等比数列.因为Sn=126,所以=126,即2n+1=128,解得n=6.
任务二 等比数列前n项和的性质
1.等比数列{an}中,若项数为2n,则=q;若项数为2n+1,则=q.
2.若等比数列{an}的前n项和为Sn,则Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…成等比数列(其中Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…均不为0).
3.若一个非常数列{an}的前n项和Sn=Aqn-A(A≠0,q≠0,n∈N+),则数列{an}为等比数列,即Sn=Aqn-A(A≠0,q≠0,q≠1,n∈N+) 数列{an}为等比数列.
(1)已知{an}为等比数列,其前n项和为Sn,且S4=3,S12-S8=12,则S8=(  )
A.-3 B.9
C.-3或9 D.-3或6
(2)设{an}是等比数列,公比为3,前80项之和为32,则a2+a4+a6+…+a80=(  )
A.16 B.24
C.20 D.28
(3)各项均为正数的等比数列{an}的前n项和为Sn.若Sn=2,S3n=14,则S4n=    .
答案:(1)B (2)B (3)30
解析:(1)由等比数列的前n项和的性质,得(S8-S4)2=S4(S12-S8)=3×12=36,
所以S8-S4=±6,所以S8=±6+3=-3或9.
设等比数列{an}的公比为q.
又因为S8=(a1+a2+a3+a4)+(a5+a6+a7+a8)=(1+q4)S4,S4>0,
所以S8>0,所以S8=9.
(2)设a2+a4+a6+…+a80=S,因为{an}是公比为3的等比数列,
所以根据性质1,得==3,
所以a1+a3+…+a79=S,所以S+S=32,
解得S=24.
(3)设等比数列{an}的公比为q,由题意得q>0.
若q=1,则由Sn=na1=2,知S3n=3na1=6≠14,故q≠1.
所以===1+qn+q2n==7,
解得qn=2或qn=-3(舍去).
所以S4n=·Sn=×2=30.
  解决有关等比数列前n项和的问题时,若能恰当地使用等比数列前n项和的相关性质,则可以避繁就简.不仅可以减少解题步骤,而且可以使运算简便,同时还可以避免对公比q的讨论.
对点练4.已知等比数列{an}的首项为1,项数是偶数,所有的奇数项之和为85,所有的偶数项之和为170,则这个等比数列的项数为(  )
A.4 B.6
C.8 D.10
答案:C
解析:记所有的奇数项之和为S奇,所有的偶数项之和为S偶,由题意得数列{an}的公比q===2,由数列{an}的前n项和Sn=,得85+170=,解得n=8.
对点练5.设等比数列{an}的前n项和为Sn,若=,则=    .
答案:
解析:由S3,S6-S3,S9-S6成等比数列,得(S6-S3)2=S3·(S9-S6).由=,知S6=S3,则=S3·(S9-S3),所以S9=S3,所以=.
任务三 等比数列前n项和的应用
为了保障幼儿园儿童的人身安全,甲、乙两省计划若干时间内两省共新购1 000辆校车.其中,甲省采取的新购方案是:本月新购校车10辆,以后每个月的新购量比上一个月增加50%;乙省采取的新购方案是:本月新购校车40辆,以后每个月比上一个月多新购m辆.
(1)求经过n个月,两省新购校车的总数S(n);
(2)若两省计划在3个月内完成新购目标,求m的最小值.
解:(1)设an,bn分别为甲省、乙省在第n个月新购校车的数量.依题意,知{an}是首项为10,公比为1+50%=的等比数列,{bn}是首项为40,公差为m的等差数列,所以{an}的前n项和Pn=,{bn}的前n项和Tn==40n+,
所以经过n个月,两省新购校车的总数为
S(n)=Pn+Tn=+40n+
=20[()n-1]+40n+=20×()n+n2+(40-)n-20.
(2)若计划在3个月内完成新购目标,则S(3)≥1 000.所以S(3)=20×()3+×32+(40-)×3-20≥1 000,解得m≥277.5.
又m∈N+,故所求m的最小值为278.
解数列应用题的思路和方法
对点练6.《九章算术》中有一题:今有牛、马、羊食人苗,苗主责之粟五斗,羊主曰:“我羊食半马.”马主曰:“我马食半牛.”今欲衰偿之,问各处几何?其意思是:今有牛、马、羊吃了别人的禾苗,禾苗主人要求赔偿五斗粟,羊主人说:“我羊所吃的禾苗只有马的一半.”马主人说:“我马所吃的禾苗只有牛的一半.”若按此比例偿还,牛、马、羊的主人各应赔偿多少粟?在这个问题中,牛主人应赔偿(  )
A.斗粟 B.斗粟
C.斗粟 D.斗粟
答案:D
解析:设牛主人赔偿x斗粟,马主人赔偿y斗粟,羊主人赔偿z斗粟,由题意可知x,y,z成公比为的等比数列,则x+y+z=5,即x+x+x=5,解得x=,所以牛的主人应赔偿斗粟.
对点练7.《九章算术》第三章“衰分”介绍了比例分配问题,“衰分”是按比例递减分配的意思,通常称递减的比例为“衰分比”.现有38石粮食,按甲、乙、丙的顺序进行“衰分”,已知甲分得18石粮食,则“衰分比”为(  )
A. B.
C. D.
答案:A
解析:设“衰分比”为q,则18+18q+18q2=38,解得q=或q=-(舍去).
1.设Sn是等比数列{an}的前n项和,若=3,则=(  )
A.2 B.
C. D.1或2
答案:B
解析:设S2=k,则S4=3k,由数列{an}为等比数列(易知数列{an}的公比q≠-1),得
S2,S4-S2,S6-S4为等比数列,
又S2=k,S4-S2=2k,
所以S6-S4=4k,
所以S6=7k,所以==,故选B.
2.已知等比数列{an}共有32项,其公比q=3,且奇数项之和比偶数项之和少60,则数列{an}的所有项之和是(  )
A.30 B.60
C.90 D.120
答案:D
解析:设等比数列{an}的奇数项之和为S1,偶数项之和为S2,
则S1=a1+a3+a5+…+a31,
S2=a2+a4+a6+…+a32=q(a1+a3+a5+…+a31)=3S1,
又S1+60=S2,则S1+60=3S1,解得S1=30,S2=90,
故数列{an}的所有项之和是30+90=120.故选D.
3.已知等比数列{an}的前n项和Sn=4n-1+t,则下列结论正确的是(   )
A.首项a1的值不确定 B.公比q=
C.a2=1 D.t=-
答案:D
解析:已知Sn=4n-1+t,则a1=S1=40+t=t+1,a2=S2-S1=4+t-(1+t)=3,a3=S3-S2=16+t-(4+t)=12,所以q==4,因为a1=t+1==,所以t=-.故选D.
4.在等比数列{an}中,a1+a7=65,a3a5=64,且an+1<an,n∈N+.
(1)数列{an}的通项公式为     .
(2)数列{an}的前5项的和S5=    .
答案:(1)()n-7 (2)124
解析:(1)设等比数列{an}的公比为q,因为a3a5=64,
所以a1a7=64,又a1+a7=65,且an+1<an,所以a1=64,a7=1,
所以q6==,解得q=或q=-(舍去),
所以数列{an}的通项公式为an=a1qn-1=64·()n-1=()n-7.
(2)由(1)知an=()n-7,
所以数列{an}的前5项的和S5===124.
课时测评11 等比数列的前n项和公式
(时间:60分钟 满分:110分)
(1—8小题,每小题5分,共40分)
1.在等比数列{an}中,a1=-1,a5+a7=8(a2+a4),则数列{an}的前六项和为(  )
A.63 B.-63
C.-31 D.31
答案:B
解析:在等比数列{an}中,a1=-1,a5+a7=8(a2+a4),
所以-1×q4+(-1)×q6=8[-1×q+(-1)×q3],
解得q=2,
所以数列{an}的前六项和为S6==-63.故选B.
2.已知正项等比数列{an}满足a1=,a2a4=a3+2,又Sn为数列{an}的前n项和,则S5=(  )
A.或 B.
C.15 D.6
答案:B
解析:正项等比数列{an}中,因为a2a4=a3+2,所以=a3+2,
解得a3=2或a3=-1(舍去),又a1=,q2==4,解得q=2,
所以S5===,故选B.
3.已知{an}是等比数列,a2=2,a5=,则a1a2+a2a3+…+anan+1=(  )
A.16(1-4-n) B.16(1-2-n)
C.(1-4-n) D.(1-2-n)
答案:C
解析:设等比数列{an}的公比为q.因为a2=2,a5=,所以q3=,所以q=,
因为{an}是等比数列,所以{anan+1}为等比数列,首项为a1a2=8,公比为q2=,所以a1a2+a2a3+…+anan+1==(1-4-n).
4.等比数列{an}的前n项和为Sn,S5=2,S10=6,则a16+a17+a18+a19+a20等于(  )
A.8 B.12
C.16 D.24
答案:C
解析:设等比数列{an}的公比为q,因为S2n-Sn=qnSn,所以S10-S5=q5S5,所以6-2=2q5,所以q5=2,所以a16+a17+a18+a19+a20=a1q15+a2q15+a3q15+a4q15+a5q15=q15(a1+a2+a3+a4+a5)=q15S5=23×2=16.
5.(多选)设等比数列的公比为q,其前n项和为Sn,前n项积为Tn,并满足条件a1>1,a2 019a2 020>1,<0,下列结论正确的是(  )
A.S2 019<S2 020
B.a2 019a2 021-1<0
C.T2 020是数列中的最大值
D.数列无最大值
答案:AB
解析:当q<0时,a2 019a2 020=q<0,与题设不符,不成立;
因为a1>1,a2 019a2 020>1,<0,则a2 019>1,0<a2 020<1,故0<q<1,
所以,数列是正项且单调递减的等比数列,故S2 019<S2 020,A对;
a2 019a2 021-1=-1<0,B对;
因为a2 019>1,0<a2 020<1,故T2 019是数列中的最大值,CD选项均错.故选AB.
6.等比数列{an}为单调递增数列,设其前n项和为Sn,若a2=2,S3=7,则an=     .
答案:2n-1
解析:设等比数列{an}的公比为q,由题意可得S3=a1+a2+a3=+2+2q=7,整理得2q2-5q+2=0,解得q=2或q=.又等比数列{an}为单调递增数列,则q>1,所以q=2,因此,an=a2qn-2=2×2n-2=2n-1.
7.记Sn为等比数列{an}的前n项和,且a4=,a5=32,则公比q=     ,S6=     .
答案:2 126
解析:因为{an}为等比数列,且a4=,a5=32,所以a4=a1q3=q2,a5=a1q4=32,
解得a1=q=2,所以S6==126.
8.已知{an}是首项为1的等比数列,Sn是{an}的前n项和,且9S3=S6,则数列{}的前5项和为    .
答案:
解析:由题意,q≠1,由9S3=S6,得9×=,解得q=2,故an=a1qn-1=2n-1,=()n-1,所以数列{}是以1为首项,为公比的等比数列,其前5项和为=.
9.(10分)已知等差数列{an}满足a5=13,a1+a3=8.
(1)求{an}的通项公式;
(2)设Sn是等比数列{bn}的前n项和,若b1=a1,b3=a4-1,求S6.
解:(1)设等差数列{an}的公差为d,
因为等差数列{an}满足a5=13,a1+a3=8.
所以解得a1=1,d=3,
所以an=1+3(n-1)=3n-2.
(2)设等比数列{bn}的公比为q,
因为等比数列{bn}中,b1=a1=1,b3=a4-1=9,
所以q2==9,解得q=±3,
当q=-3时,S6==-182;
当q=3时,S6==364.
10.(10分)小楠是一位收藏爱好者,在第1年初购买了价值20万元的收藏品M,受收藏品市场行情的影响,第2年、第3年的每年初M的价值为上年初价值的;从第4年开始,每年初M的价值比上年初价值增加4万元.
(1)求第几年初开始M的价值超过原购买的价值;
(2)记Tn(n∈N+)表示收藏品M前n年初的价值的平均值,求Tn的最小值.
解:(1)设第n(n∈N+)年初M的价值为an万元,
依题意,当1≤n≤3时,数列{an}是首项为20,公比为的等比数列,
所以an=20×()n-1=5×23-n.
故a2=10,a3=5,所以a3<a2<a1.
当n≥4时,数列{an}是以a4为首项,4为公差的等差数列,
又a4=a3+4=9,所以an=9+(n-4)×4=4n-7.
令an>20,得n>.又n∈N+,所以n≥7.
因此第7年初M的价值超过原购买的价值.
(2)设Sn表示前n年初M的价值的和,则Tn=.
由(1),知当1≤n≤3时,Sn==40-5×23-n,Tn=. ①
当n≥4时,由于S3=35,故Sn=S3+(a4+a5+…+an)=35+=2n2-5n+32,
Tn==2n+-5.
当1≤n≤3时,由①得T1=20,T2=15,T3=,所以T1>T2>T3;
当n≥4时,易知Tn=2n+-5是递增的,故(Tn)min=T4=11.
由于T3>T4,故在第4年初Tn的值最小,最小值为11.
(11—13小题,每小题5分,共15分)
11.(多选)设等比数列{an}的前n项和为Sn,且满足a6=8a3,则(  )
A.数列{an}的公比为2 B.数列{an}的公比为8
C.=8 D.=9
答案:AD
解析:因为等比数列{an}的前n项和为Sn,且满足a6=8a3,所以=q3=8,解得q=2,所以==1+q3=9,故选AD.
12.已知数列{an}满足a1≠0,=2an,Sn表示数列{an}的前n项和,且Sn=a2,则n=(  )
A.6 B.7
C.8 D.9
答案:B
解析:由于an+1=2an,故数列{an}是公比为2的等比数列.由Sn=a2,得=×2a1,解得n=7.故选B.
13.设数列{an}的前n项和为Sn,已知a1=0,Sn=an+1-2,则Sn=    ;若<,则n的最小值是    .
答案:2n-2 4
解析:因为Sn+2=an+1=Sn+1-Sn,所以Sn+1=2Sn+2,
所以Sn+1+2=2(Sn+2),所以是等比数列且q=2,
又S1+2=a1+2=2,所以Sn+2=2n,所以Sn=2n-2,
所以当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-1,则有=,
因为<,所以<,化简得22n-16·2n+14>0,
解得2n>8+5或2n<8-5,因为n∈N+,
所以2n>8+5,则nmin=4.
14.(13分)已知数列{an}是各项均为正数的等比数列,且a1+a2=2,a3+a4=32.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn=,求数列{bn}的前n项和Tn.
解:(1)设等比数列{an}的公比为q(q>0),则an=a1qn-1,且an>0.
由已知,得
化简得
又因为a1>0,q>0,所以a1=1,q=2,所以an=2n-1.
所以数列{an}的通项公式为an=2n-1.
(2)由(1)知bn==4n-1,
所以Tn=1+4+42+…+4n-1==.
15.(5分)已知数列{an}中,an=-4n+5,等比数列{bn}的公比q满足q=an-(n≥2),且b1=a2,则|b1|+|b2|+…+|bn|=(  )
A.1-4n B.4n-1
C. D.
答案:B
解析:因为q=an-an-1=-4,b1=a2=-3,
所以bn=b1qn-1=-3×(-4)n-1,
所以|bn|=|-3×(-4)n-1|=3×4n-1,
即{|bn|}是首项为3,公比为4的等比数列,
所以|b1|+|b2|+…+|bn|==4n-1,故选B.
16.(17分)设a1,a2,…,an成等比数列,且S=a1+a2+…+an,R=++…+,P=a1·a2·…·an.
求证:(1)=a1·an;
(2)P2Rn=Sn.
证明:(1)当q≠1时,显然,此时S=,
R==,
P=a1·(a1q)·(a1q2)·…·(a1qn-1)=.
所以=qn-1=a1(a1qn-1)=a1an.
当q=1时,显然,此时S=na1,R=,P=,
所以==a1an.
故=a1·an恒成立.
(2)当q≠1时,由(1),得=(qn-1)n=()2=P2,所以P2Rn=Sn.
当q=1时.由(1)得==P2,即P2Rn=Sn.
综上所述,不论q是否为1,P2Rn=Sn都成立.
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第一章 1.3 等比数列
1.3.3 等比数列的前n项和
第1课时 等比数列的前n项和公式
学习目标
1.探索并掌握等比数列的前n项和公式,理解等比数列通项公式与前n项和公式的关系.
2.会求解与等比数列前n项和有关的基本运算,培养数学运算的核心素养.
3.掌握等比数列前n项和公式的函数特征及其应用,提升逻辑推理、数学运算的核心素养.
任务一 等比数列的前n项和公式
问题导思
新知构建
已知量 首项a1,公比q与项数n 首项a1,末项an与公比q
公式


典例1
规律方法
  在等比数列{an}的五个量a1,q,an,n,Sn中,a1与q是最基本的元素,当条件与结论间的联系不明显时,均可以用a1与q表示an与Sn,从而列方程组求解,在解方程组时经常用到两式相除达到整体消元的目的.这是方程思想与整体思想在数列中的具体应用.
对点练1.设等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=3,且a2 019+a2 020=0,则S101等于
A.3 B.303
C.-3 D.-303
设数列{an}的公比为q,由a2 019+a2 020=0可得q=-1,故S101=a101=a1=3.


32
对点练3.在数列{an}中,a1=2,an+1=2an,Sn为{an}的前n项和.若Sn=126,则n=___.
6
返回
任务二 等比数列前n项和的性质
新知构建
典例2
(1)已知{an}为等比数列,其前n项和为Sn,且S4=3,S12-S8=12,则S8=
A.-3 B.9
C.-3或9 D.-3或6
由等比数列的前n项和的性质,得(S8-S4)2=S4(S12-S8)=3×12=36,
所以S8-S4=±6,所以S8=±6+3=-3或9.
设等比数列{an}的公比为q.
又因为S8=(a1+a2+a3+a4)+(a5+a6+a7+a8)=(1+q4)S4,S4>0,
所以S8>0,所以S8=9.

(2)设{an}是等比数列,公比为3,前80项之和为32,则a2+a4+a6+…+a80=
A.16 B.24
C.20 D.28


(3)各项均为正数的等比数列{an}的前n项和为Sn.若Sn=2,S3n=14,则S4n=____.
30

规律方法
  解决有关等比数列前n项和的问题时,若能恰当地使用等比数列前n项和的相关性质,则可以避繁就简.不仅可以减少解题步骤,而且可以使运算简便,同时还可以避免对公比q的讨论.
对点练4.已知等比数列{an}的首项为1,项数是偶数,所有的奇数项之和为85,所有的偶数项之和为170,则这个等比数列的项数为
A.4 B.6
C.8 D.10


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任务三 等比数列前n项和的应用
典例3
规律方法
解数列应用题的思路和方法



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随堂评价


2.已知等比数列{an}共有32项,其公比q=3,且奇数项之和比偶数项之和少60,则数列{an}的所有项之和是
A.30 B.60
C.90 D.120

设等比数列{an}的奇数项之和为S1,偶数项之和为S2,
则S1=a1+a3+a5+…+a31,
S2=a2+a4+a6+…+a32=q(a1+a3+a5+…+a31)=3S1,
又S1+60=S2,则S1+60=3S1,解得S1=30,S2=90,
故数列{an}的所有项之和是30+90=120.故选D.


4.在等比数列{an}中,a1+a7=65,a3a5=64,且an+1<an,n∈N+.
(1)数列{an}的通项公式为_______.

(2)数列{an}的前5项的和S5=_____.

124
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课时测评
1.在等比数列{an}中,a1=-1,a5+a7=8(a2+a4),则数列{an}的前六项和为
A.63 B.-63
C.-31 D.31





4.等比数列{an}的前n项和为Sn,S5=2,S10=6,则a16+a17+a18+a19+a20等于
A.8 B.12
C.16 D.24
设等比数列{an}的公比为q,因为S2n-Sn=qnSn,所以S10-S5=q5S5,所以6-2=2q5,所以q5=2,所以a16+a17+a18+a19+a20=a1q15+a2q15+a3q15+a4q15+a5q15=q15(a1+a2+a3+a4+a5)=q15S5=23×2=16.




6.等比数列{an}为单调递增数列,设其前n项和为Sn,若a2=2,S3=7,则an=_____.
2n-1
2
126






4
2n-2


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