2021年高考数学(理)一轮复习题型归纳与训练 专题6.3 等比数列及其前n项和(教师版含解析)
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1、2021 年高考理科数学一轮复习:题型全归纳与高效训练突破年高考理科数学一轮复习:题型全归纳与高效训练突破 专题专题 6.3 等比数列及其前等比数列及其前 n 项和项和 目录 一、题型全归纳 . 1 题型一 等比数列基本量的运算 . 1 题型二 等比数列的判定与证明 . 3 题型三 等比数列性质的应用 . 6 类型一 等比数列项的性质的应用. 7 类型二 等差数列前 n 项和性质的应用 . 8 题型四 数列与数学文化及实际应用. 10 类型一等差数列与数学文化 . 10 类型二等比数列与数学文化 . 11 类型三递推数列与数学文化 . 12 类型四周期数列与数学文化 . 12 类型五数列在实际
2、问题中的应用. 13 二、高效训练突破 . 13 一、题型全归纳一、题型全归纳 题型一题型一 等比数列基本量的运算等比数列基本量的运算 【题型要点】【题型要点】1等比数列的有关概念 (1)定义:如果一个数列从第 2 项起,每一项与它的前一项的比等于同一常数(不为零),那么这个数列就叫做 等比数列这个常数叫做等比数列的公比,通常用字母 q 表示,定义的表达式为an 1 an q(q0,nN*) (2)等比中项 如果 a、G、b 成等比数列,那么 G 叫做 a 与 b 的等比中项即:G 是 a 与 b 的等比中项G2ab “a,G,b 成等比数列”是“G 是 a 与 b 的等比中项”的充分不必要条
3、件 2等比数列的有关公式 (1)通项公式:ana1qn 1 (2)前 n 项和公式:Sn na1,q1, a1(1qn) 1q a1anq 1q ,q1. 3.解决等比数列有关问题的 2 种常用思想 方程的思想 等比数列中有五个量 a1,n,q,an,Sn,一般可以“知三求二”, 通过列方程(组)求关键量 a1和 q,问题可迎刃而解 分类讨论的思想 等比数列的前 n 项和公式涉及对公比 q 的分类讨论,当 q1 时,an的前 n 项和 Snna1;当 q1 时,an的前 n 项和 Sn a1(1q n) 1q a1anq 1q 4等比数列的基本运算方法 (1)等比数列可以由首项 a1和公比 q
4、 确定,所有关于等比数列的计算和证明,都可围绕 a1和 q 进行 (2)对于等比数列问题,一般给出两个条件,就可以通过列方程(组)求出 a1,q.如果再给出第三个条件就可以 完成 a1,n,q,an,Sn的“知三求二”问题 【例【例 1】记 Sn为等比数列an的前 n 项和,若 a11 3,a 2 4a6,则 S5_ 【答案】 :121 3 【解析】 :解法一:设等比数列an的公比为 q,因为 a24a6,所以(a1q3)2a1q5,所以 a1q1,又 a11 3, 所以 q3,所以 S5a1(1q 5) 1q 1 3 (13 5) 13 121 3 . 解法二:设等比数列an的公比为 q,因
5、为 a24a6,所以 a2a6a6,所以 a21,又 a11 3,所以 q3,所以 S5a1(1q 5) 1q 1 3 (13 5) 13 121 3 . 【例例 2】已知等差数列an的前 n 项和为 Sn,等比数列bn的前 n 项和为 Tn,a11,b11,a2b22. (1)若 a3b35,求bn的通项公式; (2)若 T321,求 S3. 【答案】见解析 【解析】 :设an的公差为 d,bn的公比为 q,则 an1(n1)d,bnqn 1. 由 a2b22 得 dq3. (1)由 a3b35 得 2dq26. 联立和解得 d3, q0 (舍去), d1, q2. 因此bn的通项公式为 b
6、n2n 1. (2)由 b11,T321 得 q2q200, 解得 q5 或 q4. 当 q5 时,由得 d8,则 S321. 当 q4 时,由得 d1,则 S36. 题型二题型二 等比数列的判定与证明等比数列的判定与证明 【题型要点】等比数列的判定方法【题型要点】等比数列的判定方法 (1)定义法:若an 1 an q(q 为非零常数,nN*)或 an an1q(q 为非零常数且 n2,nN *),则a n是等比数列 (2)等比中项公式法:若数列an中,an0 且 a2n1an an2(nN*),则数列an是等比数列 (3)通项公式法:若数列通项公式可写成 anc qn(c,q 均是不为 0
7、的常数,nN*),则an是等比数列 (4)前 n 项和公式法:若数列an的前 n 项和 Snk qnk(k 为常数且 k0,q0,1),则an是等比数列 【易错提醒】 :(1)前两种方法是判定等比数列的常用方法,常用于证明;后两种方法常用于选择题、填空题 中的判定 (2)若要判定一个数列不是等比数列,则只需判定存在连续三项不成等比数列即可 【例【例 1】已知数列an满足 a11,nan12(n1)an.设 bnan n . (1)求 b1,b2,b3; (2)判断数列bn是否为等比数列,并说明理由; (3)求an的通项公式 【答案】见解析 【解析】 (1)由条件可得 an12(n1) n an
8、. 将 n1 代入得,a24a1, 而 a11,所以,a24. 将 n2 代入得,a33a2, 所以,a312. 从而 b11,b22,b34. (2)bn是首项为 1,公比为 2 的等比数列 由条件可得 an1 n1 2an n , 即 bn12bn, 又 b11,所以bn是首项为 1,公比为 2 的等比数列 (3)由(2)可得an n2 n1,所以 a nn 2 n1. 【例【例 2】设数列an的前 n 项和为 Sn,满足:Snan n1 nn1,n1,2,n. (1)求证:数列 1 1 n Sn是等比数列; (2)求 Sn. 【答案】见解析 【解析】 (1)证明:由题意,n1 时,S1a
9、10, 即 a10,n2 时,SnSnSn12SnSn1 n1 nn1 2 n1 1 n, 所以 Sn 1 n1 1 2 n Sn 1 1 - ,S11 2 1 2, 所以数列 1 1 n Sn是以1 2为首项, 1 2为公比的等比数列 (2)由(1)知,Sn 1 n1 1 2 1 n 2 1 - n 2 1 -,所以 Sn 1 n1 n 2 1 . 【例【例 3】(2020 沈阳模拟沈阳模拟)已知an,bn都是等比数列,那么( ) Aanbn,an bn都一定是等比数列 Banbn一定是等比数列,但an bn不一定是等比数列 Canbn不一定是等比数列,但an bn一定是等比数列 Danbn
10、,an bn都不一定是等比数列 【答案】C 【解析】an1,bn(1)n, 则an,bn都是等比数列,但anbn不是等比数列; 设等比数列an的公比为 p,等比数列bn的公比为 q, 则an 1bn1 anbn an 1 an bn1 bn pq.所以数列an bn一定是等比数列 【例【例 4】已知数列an的前 n 项和为 Sn,且 Sn2an3n(nN*) (1)求 a1,a2,a3的值; (2)是否存在常数 ,使得an为等比数列?若存在,求出 的值和通项公式 an,若不存在,请说明理由 【答案】见解析 【解析】 :(1)当 n1 时,S1a12a13,解得 a13, 当 n2 时,S2a1
11、a22a26,解得 a29, 当 n3 时,S3a1a2a32a39,解得 a321. (2)假设an是等比数列,则(a2)2(a1)(a3),即(9)2(3)(21),解得 3. 下面证明an3为等比数列: 因为 Sn2an3n,所以 Sn12an13n3,所以 an1Sn1Sn2an12an3,即 2an3an1, 所以 2(an3)an13,所以an 13 an3 2, 所以存在 3,使得数列an3是首项为 a136,公比为 2 的等比数列 所以 an36 2n 1,即 a n3(2 n1)(nN*) 题型三题型三 等比数列性质的应用等比数列性质的应用 【题型要点】【题型要点】1.等比数
12、列的性质 已知数列an是等比数列,Sn是其前 n 项和(m,n,p,q,r,kN*) (1)若 mnpq2r,则 am anap aqa2r (2)数列 am,amk,am2k,am3k,仍是等比数列 (3)数列 Sm,S2mSm,S3mS2m,仍是等比数列(此时an的公比 q1) 常用结论 2记住等比数列的几个常用结论 (1)若an,bn(项数相同)是等比数列,则an(0), n a 1 ,a2n,an bn, n n b a 仍是等比数列 (2)在等比数列an中,等距离取出若干项也构成一个等比数列,即 an,ank,an2k,an3k,为等比数列, 公比为 qk. (3)一个等比数列各项的
13、 k 次幂,仍组成一个等比数列,新公比是原公比的 k 次幂 (4)an为等比数列,若 a1 a2anTn,则 Tn,T2n Tn, T3n T2n,成等比数列 (5)当 q0,q1 时,Snkk qn(k0)是an成等比数列的充要条件,此时 k a1 1q. (6)有穷等比数列中,与首末两项等距离的两项的积相等特别地,若项数为奇数时,还等于中间项的平方 类型一类型一 等比数列项的性质的应用等比数列项的性质的应用 【例【例 1】已知等比数列an满足 a11 4,a3a54(a41),则 a2( ) A2 B1 C.1 2 D1 8 【答案】C. 【解析】 :法一:因为 a3a5a24,a3a54
14、(a41), 所以 a244(a41), 所以 a244a440, 所以 a42.又因为 q3a4 a1 2 1 4 8, 所以 q2,所以 a2a1q1 4 2 1 2,故选 C. 法二:因为 a3a54(a41), 所以 a1q2 a1q44(a1q31), 将 a11 4代入上式并整理,得 q 616q3640, 解得 q2,所以 a2a1q1 2,故选 C. 【例【例2】 (2020 开封模拟开封模拟)已知数列an满足log2an11log2an(nN*), 且a1a2a3a101, 则log2(a101 a102a110)_. 【答案】100 【解析】由 log2an11log2an
15、, 可得 log2an1log22an, 所以 an12an,所以数列an是以 a1为首项,2 为公比的等比数列, 又 a1a2a101,所以 a101a102a110(a1a2a10) 21002100, 所以 log2(a101a102a110)log22100100. 类型二类型二 等差数列前等差数列前 n 项和性质的应用项和性质的应用 【例【例 3】等比数列an中,前 n 项和为 48,前 2n 项和为 60,则其前 3n 项和为_ 【答案】63 【解析】法一:设数列an的前 n 项和为 Sn. 因为 S2n2Sn, 所以 q1,由前 n 项和公式得 a 1(1q n) 1q 48,
16、a1(1q2n) 1q 60, ,得 1qn5 4, 所以 qn1 4. 将将入,得 a1 1q64. 所以 S3na1(1q 3n) 1q 64 3 4 1 -163. 法二:设数列an的前 n 项和为 Sn, 因为an为等比数列, 所以 Sn,S2nSn,S3nS2n也成等比数列, 所以(S2nSn)2Sn(S3nS2n), 即 S3n(S2nSn) 2 Sn S2n(6048) 2 48 6063. 法三:设数列an的前 n 项和为 Sn, 因为 S2nSnqnSn, 所以 qnS2nSn Sn 1 4, 所以 S3nS2nq2nSn60 2 4 1 4863. 【例【例 4】(2020
17、 池州高三上学期期末池州高三上学期期末)已知等比数列an的公比 q2,前 100 项和为 S10090,则其偶数项 a2 a4a100为( ) A15 B30 C45 D60 【答案】D 【解析】 设 Sa1a3a99, 则 a2a4a100(a1a3a99)q2S, 又因为 S100a1a2a3 a10090,所以 3S90,S30,所以 a2a4a1002S60. 【例【例 5】(2020 丽水模拟丽水模拟)设各项都是正数的等比数列an的前 n 项和为 Sn,且 S1010,S3070,那么 S40 等于( ) A150 B200 C150 或200 D400 或50 【答案】 A 【解析
18、】易知 S10,S20S10,S30S20,S40S30成等比数列,因此有(S20S10)2S10(S30S20),即(S2010)2 10(70S20),故 S2020 或 S2030.又 S200,所以 S2030,S20S1020,S30S2040,故 S40S30 80,所以 S40150.故选 A. 【总结提升】【总结提升】1掌握运用等比数列性质解题的两个技巧 (1)在等比数列的基本运算问题中,一般是列出 a1,q 满足的方程组求解,但有时运算量较大,如果可利用 等比数列的性质,便可减少运算量,提高解题的速度,要注意挖掘已知和隐含的条件 (2)利用性质可以得到一些新数列仍为等比数列或
19、为等差数列,例如: 若an是等比数列,且 an0,则logaan(a0 且 a1)是以 logaa1为首项,logaq 为公差的等差数列 若公比不为1 的等比数列an的前 n 项和为 Sn,则 Sn,S2nSn,S3nS2n仍成等比数列,其公比为 qn. 2牢记与等比数列前 n 项和 Sn相关的几个结论 (1)项的个数的“奇偶”性质:等比数列an中,公比为 q. 若共有 2n 项,则 S偶S奇q; 若共有 2n1 项,则 S奇S偶a1a2n 1q 1q (q1 且 q1),S 奇a1 S偶 q. (2)分段求和:SnmSnqnSmqnSn mSn Sm (q 为公比) 题型四题型四 数列与数学
20、文化及实际应用数列与数学文化及实际应用 类型一等差数列与数学文化类型一等差数列与数学文化 【例【例 1】(2020 广东潮州二模广东潮州二模)我国古代名著九章算术中有这样一段话:“今有金箠,长五尺,斩本一尺, 重四斤,斩末一尺,重二斤”意思是:现有一根金箠,长 5 尺,头部 1 尺,重 4 斤,尾部 1 尺,重 2 斤若 该金箠从头到尾,每一尺的质量构成等差数列,则该金箠共重( ) A6 斤 B7 斤 C9 斤 D15 斤 【答案】 D 【解析】 设从头到尾每一尺的质量构成等差数列an,则有 a14,a52,所以 a1a56,数列an的前 5 项和为 S55 a1a5 2 5 315,即该金箠
21、共重 15 斤故选 D. 【题后升华】【题后升华】以数学文化为背景的等差数列模型题的求解关键:一是会脱去数学文化的背景,读懂题意; 二是构建模型,即由题意构建等差数列的模型;三是解模,即把文字语言转化为求等差数列的相关问题, 如求指定项、公差或项数、通项公式或前 n 项和等 类型二等比数列与数学文化类型二等比数列与数学文化 【例【例 2】(2020 湖南衡阳三模湖南衡阳三模)中国古代数学名著九章算术中有如下问题今有牛、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,问各出几何?此问题的译文如 下:今有牛、马、羊吃了别人的禾苗,禾苗主人要求赔偿 5 斗粟羊
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