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专题24 等比数列及其前n项和-2018年高考数学(理)热点题型和提分秘籍(解析版)

2022-02-10 来源:乌哈旅游


1.理解等比数列的概念

2.掌握等比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比关系,并能用有关知识解决相应的问题 4.了解等比数列与指数函数的关系

热点题型一 等比数列的基本运算

例1、已知Sn是等比数列{an}的前n项和,S4,S2,S3成等差数列,且a2+a3+a4=-18。 (1)求数列{an}的通项公式;

(2)是否存在正整数n,使得Sn≥2 013?若存在,求出符合条件的所有n的集合;若不存在,说明理由。

3·[1--(2)由(1)有Sn=

1--若存在n,使得Sn≥2 013,

则1-(-2)n≥2 013,即(-2)n≤-2 012。 当n为偶数时,(-2)n>0.上式不成立; 当n为奇数时,(-2)n=-2n≤-2 012, 即2n≥2 012,则n≥11。

综上,存在符合条件的正整数n,且所有这样的n的集合为{n|n=2k+1,k∈N,k≥5}。

n

]

=1-(-2)n。

【提分秘籍】

1.对于等比数列的有关计算问题,可类比等差数列问题进行,在解方程组的过程中要注意“相除”消元的方法,同时要注意整体代入(换元)思想方法的应用。

2.在涉及等比数列前n项和公式时要注意对公比q是否等于1进行判断和讨论。 【举一反三】

设{an}是由正数组成的等比数列,Sn为其前n项和。已知a2a4=1,S3=7,则S5=__________。 aq·aq=1113

解析:显然公比q≠1,由题意得a1-q

=7,1-q

3

1-15a1=4a1=945231a1-q

解得1或(舍去),∴S===。 15

141-qq=q=-1-322

31

答案: 4

热点题型二 等比数列的判定与证明

2

例2、已知数列{an}和{bn}满足:a1=λ,an+1=an+n-4,bn=(-1)n(an-3n+21),其中λ为实数,n

3为正整数。

(1)对任意实数λ,证明:数列{an}不是等比数列; (2)试判断数列{bn}是否为等比数列,并证明你的结论。

【提分秘籍】

an证明数列{an}是等比数列常用的方法:一是定义法,证明=q(n≥2,q为常数);二是等比中项法,

an-1

证明a2an+1。若判断一个数列不是等比数列,则只需举出反例即可,也可以用反证法。学.科.网 n=an-1·

【举一反三】

设数列{an}的前n项和为Sn,若对于任意的正整数n都有Sn=2an-3n,设bn=an+3,求证:数列{bn}是等比数列,并求an。

热点题型三 等比数列的性质及其应用

例3.(1)在各项均为正数的等比数列{an}中,a3=2-1,a5=2+1,则a23+2a2a6+a3a7=( ) A.4 B.6 C.8 D.8-42

(2)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等于( ) A.80 B.30 C.26 D.16

222

解析:(1)在等比数列中,a3a7=a2a2a6=a3a5,所以a25,3+2a2a6+a3a7=a3+2a3a5+a5=(a3+a5)=(2-

1+2+1)2=(22)2=8。

(2)由等比数列性质得,

Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,S4n-S3n成等比数列, 则(S2n-Sn)2=Sn·(S3n-S2n),

所以(S2n-2)2=2×(14-S2n)。又S2n>0,得S2n=6, 又(S3n-S2n)2=(S2n-Sn)(S4n-S3n),

所以(14-6)2=(6-2)(S4n-14)。解得S4n=30。

【提分秘籍】

等比数列的性质可以分为三类: ①通项公式的变形, ②等比中项的变形,

③前n项和公式的变形,根据题目条件,认真分析,发现具体的变化特征即可找出解决问题的突破口。 【举一反三】 在等比数列中,已知

a393

a1a8a15=243,则的值为(

a11

)

A.3 B.9 C.27 D.81 解析:设数列{an}的公比为q,

2

∵a1a38a15=243,a1a15=a8,∴a8=3, 3

a3a398q2∴=3=a8=9。 a11a8·q

答案:B

1.【2017课标II,理3】我国古代数学名著《算法统宗》中有如下问题:“远望巍巍塔七层,红光点点倍加增,共灯三百八十一,请问尖头几盏灯?”意思是:一座7层塔共挂了381盏灯,且相邻两层中的下一层灯数是上一层灯数的2倍,则塔的顶层共有灯( )

A.1盏 B.3盏 C.5盏 D.9盏 【答案】B

2.【2017课标3,理14】设等比数列an满足a1 + a2 = –1, a1 – a3 = –3,则a4 = ___________. 【答案】8

【解析】设等比数列的公比为q ,很明显q1 ,结合等比数列的通项公式和题意可得方程组:

②a1a2a11q1,①,由 可得:q2 ,代入①可得a11, 2①a1a3a11q3,②由等比数列的通项公式可得:a4a1q38 .

1.【2016高考新课标1卷】设等比数列an满足a1+a3=10,a2+a4=5,则a1a2 …an的最大值为 . 【答案】64

2.【2016高考江苏卷】(本小题满分16分)

100.对数列annN*和U的子集T,若T,定义ST0;若记U1,2,…,Tt1,t2,…,tk,定义STat1at2…+atk.例如:T=1,3,66时,STa1a3+a66.现设

annN*是公比为3的等比数列,且当T=2,4时,ST=30.

(1)求数列an的通项公式;

k,求证:STak1; (2)对任意正整数k1k100,若T1,2,…,(3)设CU,DU,SCSD,求证:SCSCD2SD.

【答案】(1)an3n1(2)详见解析(3)详见解析 【解析】

(1)由已知得ana13n1,nN*.

于是当T{2,4}时,Sra2a43a127a130a1. 又Sr30,故30a130,即a11. 所以数列{an}的通项公式为an3n1,nN*. (2)因为T{1,2,所以Sra1a2因此,Srak1.

(3)下面分三种情况证明.

,k},an3n10,nN*,

ak133k11k(31)3k. 2①若D是C的子集,则SCSC②若C是D的子集,则SCSCDSCSDSDSD2SD. SCSC2SC2SD.

D③若D不是C的子集,且C不是D的子集.

【2015高考浙江,理3】已知{an}是等差数列,公差d不为零,前n项和是Sn,若a3,a4,a8成等比数列,则( )

A.a1d0,dS40 B. a1d0,dS40 C. a1d0,dS40 D. a1d0,dS40 【答案】B.

5(a13d)2(a12d)(a17d)a1d{a}aaa3,【解析】∵等差数列n,3,4,8成等比数列,∴ 522a1dd20dS4d20S42(a1a4)2(a1a13d)d333,∴∴,,故选B.

【2015高考安徽,理14】已知数列{an}是递增的等比数列,a1a49,a2a38,则数列{an}的前n项和等于 .

n【答案】21

a1a49【解析】由题意,,解得a11,a48或者a18,a41,而数列{an}是递增的等

aaaa82314比数列,所以a11,a48,即q3a48,所以q2,因而数列{an}的前n项和 a1a1(1qn)12nSn2n1.学.科.网

1q12 1.(2014·重庆卷)对任意等比数列{an},下列说法一定正确的是( )

A.a1,a3,a9成等比数列 B.a2,a3,a6成等比数列 C.a2,a4,a8成等比数列 D.a3,a6,a9,成等比数列

【答案】D 【解析】因为在等比数列中an,a2n,a3n,…也成等比数列,所以a3,a6,a9成等比数列. 2.(2014·安徽卷)数列{an}是等差数列,若a1+1,a3+3,a5+5构成公比为q的等比数列,则q=________. 【答案】1 【解析】 因为数列{an}是等差数列,所以a1+1,a3+3,a5+5也成等差数列.又 a1+1,a3+3,a5+5构为公比为q的等比数列,所以a1+1,a3+3,a5+5为常数列,故q=1.

3.(2014·广东卷)若等比数列{an}的各项均为正数,且a10a11+a9a12=2e5,则ln a1+ln a2+…+ln a20

=________.

【答案】50

4.(2014·全国卷) 等比数列{an}中,a4=2,a5=5,则数列{lg an}的前8项和等于( ) A.6 B.5 C.4 D.3

a1q=2,【答案】C 【解析】设数列{an}的首项为a1,公比为q,根据题意可得,4解得

aq=5,1

3

5q=2,16a1=,125

5n-4165n-15以an=a1q=×=2×,所以lg a=lg 2+(n-4)lg,所以前8项的和为8lg 2+(-3-2-n212522

555

4×=4. 1+0+1+2+3+4)lg=8lg 2+4lg=4lg222

n-1

5.(2014·湖北卷) 已知等差数列{an}满足:a1=2,且a1,a2,a5成等比数列.

(1)求数列{an}的通项公式.

(2)记Sn为数列{an}的前n项和,是否存在正整数n,使得Sn>60n+800?若存在,求n的最小值;若不存在,说明理由.

(2)当an=2时,Sn=2n,显然2n<60n+800, 此时不存在正整数n,使得Sn>60n+800成立. 当an=4n-2时,Sn=

n[2+(4n-2)]

=2n2.

2

令2n2>60n+800,即n2-30n-400>0, 解得n>40或n<-10(舍去),

此时存在正整数n,使得Sn>60n+800成立,n的最小值为41. 综上,当an=2时,不存在满足题意的正整数n;

当an=4n-2时,存在满足题意的正整数n,其最小值为41. 6.(2014·新课标全国卷Ⅱ)已知数列{an}满足a1=1,an+1=3an+1. 1

(1)证明an+2是等比数列,并求{an}的通项公式;

1113

(2)证明++…+<. a1a2an2

11

an+. 【解析】(1)由an+1=3an+1得an+1+=322

113313n

又a1+=,所以an+2是首项为,公比为3的等比数列,所以an+=,因此数列{an}的通项公式

222223n-1

为an=.

2

12

(2)证明:由(1)知=n. an3-1因为当n≥1时,3n-1≥2×3n1,

11121所以n≤≤n-1. n-1,即=nan3-133-12×3

13111113

1-n<. 于是++…+≤1++…+n-1=a1a2an323231113

所以++…+<.

a1a2an2

7.(2014·山东卷) 已知等差数列{an}的公差为2,前n项和为Sn,且S1,S2,S4成等比数列. (1)求数列{an}的通项公式; (2)令bn=(-1)n

-1

4n

,求数列{bn}的前n项和Tn. anan+1

当n为偶数时,

1111111

++1+-++…+Tn=-3352n-32n-12n-12n+1 1

=1-

2n+1=2n

. 2n+1

当n为奇数时,

1111111

++1+-++…-Tn=+2n-32n-12n-12n+1 335

1

=1+

2n+1=2n+2

. 2n+1

n-1

2n+22n+1,n为奇数,2n+1+(-1)

所以T=或T=

2n+12n

,n为偶数.2n+1

n

n



8.(2014·陕西卷)△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.

(1)若a,b,c成等差数列,证明:sin A+sin C=2sin(A+C); (2)若a,b,c成等比数列,求cos B的最小值.

9.(2014·天津卷)设{an}是首项为a1,公差为-1的等差数列,Sn为其前n项和.若S1,S2,S4成等比数列,则a1的值为________.

14×3【答案】- 【解析】∵S2=2a1-1,S4=4a1+×(-1)=4a1-6,S1,S2,S4成等比数列,

221

∴(2a1-1)2=a1(4a1-6),解得a1=-.

2

10.(2014·天津卷)已知q和n均为给定的大于1的自然数.设集合M={0,1,2,…,q-1}, 集合A={x|x=x1+x2q+…+xnqn1,xi∈M,i=1,2,…,n}.

(1)当q=2,n=3时,用列举法表示集合A.

(2)设s,t∈A,s=a1+a2q+…+anqn1,t=b1+b2q+…+bnqn1,其中ai,bi∈M,i=1,2,…,n.证

明:若an【解析】(1)当q=2,n=3时,M={0,1},A={x|x=x1+x2·2+x3·22,xi∈M,i=1,2,3},可得A={0,1,2,3,4,5,6,7}.

(2)证明:由s,t∈A,s=a1+a2q+…+anqn1,t=b1+b2q+…+bnqn1,ai,bi∈M,i=1,2,…,n

及ans-t=(a1-b1)+(a2-b2)q+…+(an-1-bn-1)qn2+(an-bn)qn1

≤(q-1)+(q-1)q+…+(q-1)qn2-qn1

(q-1)(1-qn1)n-1=-q

1-q

=-1<0,

所以s21

11.(2013·新课标全国卷Ⅰ)若数列{an}的前n项和Sn=an+,则{an}的通项公式是an=________.

33212122-

【答案】(-2)n1 【解析】因为Sn=an+①,所以Sn-1=an-1+②,①-②得an=an-an-1,即

33333321

an=-2an-1,又因为S1=a1=a1+

33=(-2)n1.

1=1,所以数列{an}是以1为首项,-2为公比的等比数列,所以an

12.(2013·北京卷)已知{an}是由非负整数组成的无穷数列,该数列前n项的最大值记为An,第n项之后各项an+1,an+2,…的最小值记为Bn,dn=An-Bn.

(1)若{an}为2,1,4,3,2,1,4,3,…,是一个周期为4的数列(即对任意n∈N*,an+4=an),写出d1,d2,d3,d4的值;

(2)设d是非负整数,证明:dn=-d(n=1,2,3,…)的充分必要条件为{an}是公差为d的等差数列; (3)证明:若a1=2,dn=1(n=1,2,3,…),则{an}的项只能是1或者2,且有无穷多项为1.

(3)因为a1=2,d1=1,所以A1=a1=2,B1=A1-d1=1. 故对任意n≥1,an≥B1=1.

假设{an}(n≥2)中存在大于2的项. 设m为满足am>2的最小正整数, 则m≥2,并且对任意1≤k又因为a1=2,所以Am-1=2,且Am=am>2, 于是,Bm=Am-dm>2-1=1,Bm-1=min{am,Bm}>1. 故dm-1=Am-1-Bm-1<2-1=1,与dm-1=1矛盾.

所以对于任意n≥1,有an≤2,即非负整数列{an}的各项只能为1或2. 因为对任意n≥1,an≤2=a1, 所以An=2.

故Bn=An-dn=2-1=1.

因此对于任意正整数n ,存在m满足m>n,且am=1,即数列{an}有无穷多项为1

13.(2013·北京卷)若等比数列{an}满足a2+a4=20,a3+a5=40,则公比q=________;前n项和Sn

=________.

【答案】2 2n1-2 【解析】 ∵a3+a5=q(a2+a4),

∴40=20q,q=2, 又∵a2+a4=a1q+a1q3=20, ∴a1=2,∴an=2n,∴Sn=2n1-2.

14.(2013·江西卷)等比数列x,3x+3,6x+6,…的第四项等于( ) A.-24 B.0 C.12 D.24

115.(2013·江苏卷)在正项等比数列{an}中,a5=,a6+a7=3. 则满足a1+a2+…+an>a1a2…an的最大

2正整数n的值为________.

11

【答案】12 【解析】设{an}的公比为q.由a5=及a5(q+q2)=3得q=2,所以a1=,所以a6=1,a1a2…a11

232

11

=a6=1,此时a1+a2+…+a11>1.又a1+a2+…+a12=27-

11

,a1a2…a12=26<27-,所以a1a2…a12>a1a2…a12,3232

11

但a1+a2+…+a13=28-,a1a2…a13=26·27=25·28>28-,所以a1+a2+…+a133232数n的值为12.

1

16.(2013·湖南卷) 设Sn为数列{an}的前n项和,Sn=(-1)nan-n,n∈N*,则

2(1)a3=________;

(2)S1+S2+…+S100=________.

111111n100-1 [解析] (1)因Sn=(-1)an-n,则S3=-a3-,S4=a4-,解得a3【解析】(1)- (2)16322816

1=-.

16

17.(2013·辽宁卷) 已知等比数列{an}是递增数列,Sn是{an}的前n项和,若a1,a3是方程x2-5x+4=0的两个根,则S6=________.

【答案】63 【解析】 由题意可知a1+a3=5,a1·a3=4.又因为{an}为递增的等比数列,所以a1=1,a3

1×(1-26)=4,则公比q=2,所以S6==63.

1-2

x2y2

18.(2013·全国卷)已知双曲线C:2-2=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为3,

ab直线y=2与C的两个交点间的距离为6.

(1)求a,b;

(2)设过F2的直线l与C的左、右两支分别交于A,B两点,且|AF1|=|BF1|,证明:|AF2|,|AB|,|BF2|成等比数列.

a2+b2c

【解析】(1)由题设知=3,即2=9,故b2=8a2.

aa所以C的方程为8x2-y2=8a2. 将y=2代入上式,求得x=±由题设知,2

1

a2+. 2

1a2+=6,解得a2=1.

2

所以a=1,b=2 2.

(2)证明:由(1)知,F1(-3,0),F2(3,0),C的方程为8x2-y2=8.① 由题意可设l的方程为y=k(x-3),|k|<2 2,代入①并化简得

(k2-8)x2-6k2x+9k2+8=0. 设A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1≤-1,x2≥1,

9k2+86k2

x1+x2=2,x1x2=2.

k-8k-8

22于是|AF1|=(x1+3)2+y21=(x1+3)+8x1-8=-(3x1+1), 22|BF1|=(x2+3)2+y22=(x2+3)+8x2-8=3x2+1.

2由|AF1|=|BF1|得-(3x1+1)=3x2+1,即x1+x2=-.

36k22419故2=-,解得k2=,从而x1x2=-.

359k-8

22由于|AF2|=(x1-3)2+y21=(x1-3)+8x1-8=1-3x1, 22|BF2|=(x2-3)2+y22=(x2-3)+8x2-8=3x2-1,

故|AB|=|AF2|-|BF2|=2-3(x1+x2)=4, |AF2|·|BF2|=3(x1+x2)-9x1x2-1=16. 因而|AF2|·|BF2|=|AB|2,

所以|AF2|,|AB|,|BF2|成等比数列.

419.(2013·全国卷)已知数列{an}满足3an+1+an=0,a2=-,则{an}的前10项和等于( )

3A.-6(1-3C.3(1-3

-10

1

) B.(1-310)

9

-10

-10

) D.3(1+3)

20.(2013·陕西卷)设{an}是公比为q的等比数列. (1)推导{an}的前n项和公式;

(2)设q≠1,证明数列{an+1}不是等比数列. 【解析】(1)设{an}的前n项和为Sn, 当q=1时,Sn=a1+a2+…+an=na1; 当q≠1时,Sn=a1+a1q+a1q2+…+a1qn1,①

qSn=a1q+a1q2+…+a1qn,②

①-②得,(1-q)Sn=a1-a1qn,

na,q=1,1a1(1-qn)

∴Sn=,∴Sn=a1(1-qn)

1-q,q≠1.1-q

1.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且S1,S2+a2,S3成等差数列,则数列{an}的公比为( ) A.1 B.2 1

C. D.3 2

解析:因为S1,S2+a2,S3成等差数列,所以2(S2+a2)=S1+S3,2(a1+a2+a2)=a1+a1+a2+a3,a3=3a2,q=3。选D。学.科.网

答案:D

2.等比数列{an}的各项均为正数,且a5a6+a4a7=18,则log3a1+log3a2+…+log3a10=( ) A.12 B.10 C.8 D.2+log35

解析:由题意可知a5a6=a4a7,又a5a6+a4a7=18得a5a6=a4a7=9, 而log3a1+log3a2+…+log3a10=log3(a1·a2·…·a10) =log3(a5a6)5=log395 =log3310=10。 答案:B

55Sn3.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且a1+a3=,a2+a4=,则=( )

24anA.4n1 B.4n-1

C.2n-

1 D.2n-1

答案:D

4.在等比数列{an}中,Sn是它的前n项和,若a2·a3=2a1,且a4与2a7的等差中项为17,则S6=( A.63

4 B.16 C.15 D.61

4

解析:由等比数列的性质知a2·a3=a1·a4=2a1,即a4=2。 ∵a4+2a7=2×17=34,

∴a=12(2×17-a174)=2(2×17-2)=16。

∴q3=a716

a==8,即q=2。

42由a1

4=a1q3=a1×8=2,得a1=4,

1-26∴S46=1=63-2

4

。 答案:A

5.已知三角形的三边构成等比数列,它们的公比为q,则q的一个可能的值是( )

) 51A. B. 223C.2 D.

2

aa

解析:由题意可设三角形的三边分别为,a,aq,因为三角形的两边之和大于第三边,所以有+a>

qq1+53

aq,即q2-q-1<0(q>1),解得1<q<,所以q的一个可能值是,故选D。学.科.网

22

答案:D

14

6.正项等比数列{an}满足:a3=a2+2a1,若存在am,an,使得aman=16a2,则+的最小值为( ) 1

mn2513A. B. 6473C. D. 32

答案:D

7.在等比数列{an}中,a1=2,a4=16,则数列{an}的通项公式an=__________,设bn=log2an,则数列{bn}的前n项和Sn=__________。

na4-解析:由题意得公比q3==8,q=2,an=2·2n1=2n。因此bn=n,Sn=

a1答案:2n

nn+2

n+2

8.设等比数列{an}的前n项和为Sn,且a5=S5,则S2 014=__________。

解析:根据数列前n项和的定义知S5=a1+a2+a3+a4+a5=a5,故a1+a2+a3+a4=0,即a1(1+q+q2

+q3)=a1(1+q)(1+q2)=0,从而1+q=0,q=-1,所以这个等比数列的相邻两项的和都是0,所以S2 014=0。

答案:0

9.在各项为正的等比数列{an}中,a4与a14的等比中项为22,则2a7+a11的最小值是__________。

2a9422

解析:由题意知a4·a14=(22)2=a9,即a9=22。设公比为q(q>0),所以2a7+a11=2+a9q2=2+qq22q2≥2

42424

22q2=8,当且仅当2=22q2,即q=2时取等号,其最小值为8。 2×qq

答案:8

10.在等比数列{an}中,a2=3,a5=81。 (1)求an;

(2)设bn=log3an,求数列{bn}的前n项和Sn。

39

11.在等比数列{an}中,其前n项和为Sn,已知a3=,S3=。

22(1)求数列{an}的通项公式;

3

(2)是否存在正整数n,使得Sn-Sn+2=成立,若存在,求出n的值,若不存在,请说明理由。

32解析:(1)设等比数列的公比为q, 39

依题意,有a1q2=,a1+a1q+a1q2=,

2231

解得a1=,q=1或a1=6,q=-,

22

3-1n-1; 故数列{an}的通项公式为an=或an=6·223

(2)假设存在正整数n,使得Sn-Sn+2=成立,

3233

①当a1=,q=1时,由Sn-Sn+2=

232333

⇒n-(n+2)=,无解; 2232

1-1n, ②当a1=6,q=-时,Sn=41-223由Sn-Sn+2=

3211

-n=-⇒n=5, ⇒232

3

综合①②知,存在正整数n=5,使得Sn-Sn+2=成立。

32

1

12.在数列{an}中,a1=-,2an=an-1-n-1(n≥2,n∈N*),设bn=an+n。

2(1)证明:数列{bn}是等比数列; (2)求数列{nbn}的前n项和Tn;

1ncn+cn+1

(3)若cn=-a,P为数列{}的前n项和,求不超过P2 014的最大的整数。 nn

2c2n+cn

2

1n=nn。 (2)nbn=n·22

n-1n1234

Tn=+2+3+4+…+n-1+n。①

222222n-111234n

Tn=2+3+4+5+…+n+n+1。② 2222222

111111n1n①-②得Tn=+2+3+4+…+n-n+1=1-n-n+1,

222222222n+2

所以Tn=2-n。

2

1n

(3)由(1)得an=2-n,所以cn=n。 c2n2+n+1n+cn+1

=2=1+

c2n+nnn+cn

1

n+

11=1+-。

nn+1

1111111111+-+1+-+1+-+…+1+-P2 014==2 015-。 1223342 0142 0152 015所以不超过P2 014的最大的整数是2 014。

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