(全國通用版)2022高考數(shù)學二輪復習 專題二 數(shù)列 第3講 數(shù)列的綜合問題學案 理
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1、(全國通用版)2022高考數(shù)學二輪復習 專題二 數(shù)列 第3講 數(shù)列的綜合問題學案 理 [考情考向分析] 1.數(shù)列的綜合問題,往往將數(shù)列與函數(shù)、不等式結合,探求數(shù)列中的最值或證明不等式.2.以等差數(shù)列、等比數(shù)列為背景,利用函數(shù)觀點探求參數(shù)的值或范圍.3.將數(shù)列與實際應用問題相結合,考查數(shù)學建模和數(shù)學應用能力. 熱點一 利用Sn,an的關系式求an 1.數(shù)列{an}中,an與Sn的關系 an= 2.求數(shù)列通項的常用方法 (1)公式法:利用等差(比)數(shù)列求通項公式. (2)在已知數(shù)列{an}中,滿足an+1-an=f(n),且f(1)+f(2)+…+f(n)可求,則可用累加法求數(shù)列
2、的通項an. (3)在已知數(shù)列{an}中,滿足=f(n),且f(1)·f(2)·…·f(n)可求,則可用累乘法求數(shù)列的通項an. (4)將遞推關系進行變換,轉化為常見數(shù)列(等差、等比數(shù)列). 例1 已知等差數(shù)列{an}中,a2=2,a3+a5=8,數(shù)列{bn}中,b1=2,其前n項和Sn滿足:bn+1=Sn+2(n∈N*). (1)求數(shù)列{an},{bn}的通項公式; (2)設cn=,求數(shù)列{cn}的前n項和Tn. 解 (1)∵a2=2,a3+a5=8, ∴2+d+2+3d=8,∴d=1,∴an=n(n∈N*). ∵bn+1=Sn+2(n∈N*),① ∴bn=Sn-1+2(n
3、∈N*,n≥2).② 由①-②,得bn+1-bn=Sn-Sn-1=bn(n∈N*,n≥2), ∴bn+1=2bn(n∈N*,n≥2). ∵b1=2,b2=2b1, ∴{bn}是首項為2,公比為2的等比數(shù)列, ∴bn=2n(n∈N*). (2)由cn==, 得Tn=+++…++, Tn=+++…++, 兩式相減,得 Tn=++…+-=1-, ∴Tn=2-(n∈N*). 思維升華 給出Sn與an的遞推關系,求an,常用思路:一是利用Sn-Sn-1=an(n≥2)轉化為an的遞推關系,再求其通項公式;二是轉化為Sn的遞推關系,先求出Sn與n之間的關系,再求an. 跟蹤演練1
4、 (2018·綿陽診斷性考試)已知數(shù)列{an}的前n項和Sn滿足:a1an=S1+Sn. (1)求數(shù)列{an}的通項公式; (2)若an>0,數(shù)列的前n項和為Tn,試問當n為何值時,Tn最???并求出最小值. 解 (1)由已知a1an=S1+Sn,① 可得當n=1時,a=a1+a1,解得a1=0或a1=2, 當n≥2時,由已知可得a1an-1=S1+Sn-1,② ①-②得a1=an. 若a1=0,則an=0,此時數(shù)列{an}的通項公式為an=0. 若a1=2,則2=an,化簡得an=2an-1, 即此時數(shù)列{an}是以2為首項,2為公比的等比數(shù)列, 故an=2n(n∈N*).
5、 綜上所述,數(shù)列{an}的通項公式為an=0或an=2n. (2)因為an>0,故an=2n. 設bn=log2?,則bn=n-5,顯然{bn}是等差數(shù)列, 由n-5≥0,解得n≥5,所以當n=4或n=5時,Tn最小, 最小值為T4=T5==-10. 熱點二 數(shù)列與函數(shù)、不等式的綜合問題 數(shù)列與函數(shù)的綜合問題一般是利用函數(shù)作為背景,給出數(shù)列所滿足的條件,通常利用點在曲線上給出Sn的表達式,還有以曲線上的切點為背景的問題,解決這類問題的關鍵在于利用數(shù)列與函數(shù)的對應關系,將條件進行準確的轉化.數(shù)列與不等式的綜合問題一般以數(shù)列為載體,考查最值問題,不等關系或恒成立問題. 例2 (20
6、18·遵義聯(lián)考)已知函數(shù)f(x)=ln(1+x)-.
(1)若x≥0時,f(x)≤0,求λ的最小值;
(2)設數(shù)列{an}的通項an=1+++…+,證明:a2n-an+>ln 2.
(1)解 由已知可得f(0)=0,
∵f(x)=ln(1+x)-,
∴f′(x)=,且f′(0)=0.
①若λ≤0,則當x>0時,f′(x)>0,f(x)單調遞增,
∴f(x)≥f(0)=0,不合題意;
②若0<λ<,
則當0
7、0時,f(x)≤f(0)=0,符合題意. 綜上,λ≥. ∴實數(shù)λ的最小值為. (2)證明 由于a2n-an+=+++…+++, 若λ=,由(1)知,f(x)=ln(1+x)-, 且當x>0時,f(x)<0, 即>ln(1+x), 令x=,則>ln?, ∴+>ln?, +>ln?, +>ln?, …, +>ln?. 以上各式兩邊分別相加可得 ++++++…++ >ln?+ln?+ln?+…+ln?, 即+++…+++ >ln?···…·=ln?=ln 2, ∴a2n-an+>ln 2. 思維升華 解決數(shù)列與函數(shù)、不等式的綜合問題要注意以下幾點 (1)數(shù)列是
8、一類特殊的函數(shù),函數(shù)定義域是正整數(shù),在求數(shù)列最值或不等關系時要特別重視. (2)解題時準確構造函數(shù),利用函數(shù)性質時注意限制條件. (3)不等關系證明中進行適當?shù)姆趴s. 跟蹤演練2 (2018·南昌模擬)已知等比數(shù)列{an}的前n項和為Sn(n∈N*),滿足S4=2a4-1,S3=2a3-1. (1)求{an}的通項公式; (2)記bn=log2(n∈N*),數(shù)列{bn}的前n項和為Tn,求證:++…+<2. (1)解 設{an}的公比為q, 由S4-S3=a4,S4=2a4-1得, 2a4-2a3=a4, 所以=2,所以q=2.又因為S3=2a3-1, 所以a1+2a1+4
9、a1=8a1-1,所以a1=1, 所以an=2n-1(n∈N*). (2)證明 由(1)知bn=log2(an+1·an) =log2(2n×2n-1)=2n-1, 所以Tn=n=n2, 所以++…+=++…+<1+++…+ =1+1-+-+…+- =2-<2. 熱點三 數(shù)列的實際應用 用數(shù)列知識解相關的實際問題,關鍵是合理建立數(shù)學模型——數(shù)列模型,弄清所構造的數(shù)列是等差模型還是等比模型,它的首項是什么,項數(shù)是多少,然后轉化為解數(shù)列問題.求解時,要明確目標,即搞清是求和,還是求通項,還是解遞推關系問題,所求結論對應的是解方程問題,還是解不等式問題,還是最值問題,然后進行合理推
10、算,得出實際問題的結果. 例3 科學研究證實,二氧化碳等溫室氣體的排放(簡稱碳排放)對全球氣候和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了負面影響,環(huán)境部門對A市每年的碳排放總量規(guī)定不能超過550萬噸,否則將采取緊急限排措施.已知A市2017年的碳排放總量為400萬噸,通過技術改造和倡導低碳生活等措施,此后每年的碳排放總量比上一年的碳排放總量減少10%.同時,因經(jīng)濟發(fā)展和人口增加等因素,每年又新增加碳排放量m萬噸(m>0). (1)求A市2019年的碳排放總量(用含m的式子表示); (2)若A市永遠不需要采取緊急限排措施,求m的取值范圍. 解 設2018年的碳排放總量為a1,2019年的碳排放總量為a2,…,
11、(1)由已知,a1=400×0.9+m, a2=0.9×+m =400×0.92+0.9m+m=324+1.9m. (2)a3=0.9×+m =400×0.93+0.92m+0.9m+m, …, an=400×0.9n+0.9n-1m+0.9n-2m+…+0.9m+m =400×0.9n+m?=400×0.9n+10m =×0.9n+10m. 由已知?n∈N*,an≤550, (1)當400-10m=0,即m=40時,顯然滿足題意; (2)當400-10m>0,即m<40時, 由指數(shù)函數(shù)的性質可得×0.9+10m≤550,解得m≤190. 綜合得m<40; (3)當
12、400-10m<0,即m>40時,
由指數(shù)函數(shù)的性質可得10m≤550,
解得m≤55,綜合得40 13、(2018·上海崇明區(qū)模擬)2016 年崇明區(qū)政府投資 8 千萬元啟動休閑體育新鄉(xiāng)村旅游項目.規(guī)劃從 2017 年起,在今后的若干年內,每年繼續(xù)投資 2 千萬元用于此項目.2016 年該項目的凈收入為 5 百萬元,并預測在相當長的年份里,每年的凈收入均在上一年的基礎上增長50%.記 2016 年為第 1 年,f(n)為第 1 年至此后第 n(n∈N*)年的累計利潤(注:含第 n 年,累計利潤=累計凈收入-累計投入,單位:千萬元),且當 f(n)為正值時,認為該項目贏利.
(1)試求 f(n)的表達式;
(2)根據(jù)預測,該項目將從哪一年開始并持續(xù)贏利?請說明理由.
解 (1)由題意知, 14、第1年至此后第n(n∈N*)年的累計投入為8+2(n-1)=2n+6(千萬元),
第1年至此后第n(n∈N*)年的累計凈收入為+×1+×2+…+×n-1
==n-1(千萬元).
∴f(n)=n-1-(2n+6)
=n-2n-7(千萬元).
(2)方法一 ∵f(n+1)-f(n)=
-
=,
∴當n≤3時,f(n+1)-f(n)<0,
故當n≤4時,f(n)遞減;
當n≥4時,f(n+1)-f(n)>0,
故當n≥4時,f(n)遞增.
又f(1)=-<0,
f(7)=7-21≈17-21=-4<0,
f(8)=8-23≈25-23=2>0.
∴該項目將從第8年開始并 15、持續(xù)贏利.
答:該項目將從2023年開始并持續(xù)贏利.
方法二 設f(x)=x-2x-7(x≥1),
則f′(x)=xln?-2,令f′(x)=0,
得x==≈=5,
∴x≈4.
從而當x∈[1,4)時,f′(x)<0,f(x)單調遞減;
當x∈(4,+∞)時,f′(x)>0,f(x)單調遞增.
又f(1)=-<0,
f(7)=7-21≈17-21=-4<0,
f(8)=8-23≈25-23=2>0.
∴該項目將從第8年開始并持續(xù)贏利.
答:該項目將從2023年開始并持續(xù)贏利.
真題體驗
1.(2018·全國Ⅰ)記Sn為數(shù)列{an}的前n項和.若Sn=2an+1, 16、則S6=________.
答案?。?3
解析 ∵Sn=2an+1,當n≥2時,Sn-1=2an-1+1,
∴an=Sn-Sn-1=2an-2an-1(n≥2),
即an=2an-1(n≥2).
當n=1時,a1=S1=2a1+1,得a1=-1.
∴數(shù)列{an}是首項a1=-1,公比q=2的等比數(shù)列,
∴Sn===1-2n,
∴S6=1-26=-63.
2.(2017·山東)已知{xn}是各項均為正數(shù)的等比數(shù)列,且x1+x2=3,x3-x2=2.
(1)求數(shù)列{xn}的通項公式;
(2)如圖,在平面直角坐標系xOy中,依次連接點P1(x1,1),P2(x2,2),…,Pn 17、+1(xn+1,n+1)得到折線P1P2…Pn+1,求由該折線與直線y=0,x=x1,x=xn+1所圍成的區(qū)域的面積Tn.
解 (1)設數(shù)列{xn}的公比為q.
由題意得
所以3q2-5q-2=0,
由已知得q>0,
所以q=2,x1=1.
因此數(shù)列{xn}的通項公式為xn=2n-1(n∈N*).
(2)過P1,P2,…,Pn+1向x軸作垂線,垂足分別為Q1,Q2,…,Qn+1.
由(1)得xn+1-xn=2n-2n-1=2n-1,
記梯形PnPn+1Qn+1Qn的面積為bn,
由題意得bn=×2n-1=(2n+1)×2n-2,
所以Tn=b1+b2+…+bn
=3 18、×2-1+5×20+7×21+…+(2n-1)×2n-3+(2n+1)×2n-2.①
又2Tn=3×20+5×21+7×22+…+(2n-1)×2n-2+(2n+1)×2n-1,②
①-②得
-Tn=3×2-1+(2+22+…+2n-1)-(2n+1)×2n-1
=+-(2n+1)×2n-1.
所以Tn=(n∈N*).
押題預測
已知數(shù)列{an}的前n項和Sn滿足關系式Sn=kan+1,k為不等于0的常數(shù).
(1)試判斷數(shù)列{an}是否為等比數(shù)列;
(2)若a2=,a3=1.
①求數(shù)列{an}的通項公式及前n項和Sn的表達式;
②設bn=log2Sn,數(shù)列{cn}滿足cn 19、=+bn+2·,數(shù)列{cn}的前n項和為Tn,當n>1時,求使Tn 20、由Sn-1=an,得an=Sn-Sn-1=an+1-an,
即an+1=2an,此時數(shù)列是首項為a2=,公比為2的等比數(shù)列.
綜上所述,數(shù)列{an}的通項公式為an=
從而其前n項和Sn=2n-2(n∈N*).
②由①得bn=n-2,
從而cn=+n·2n-2.
記C1=++…+
=++…+
=,
記C2=1·2-1+2·20+…+n·2n-2,
則2C2=1·20+2·21+…+n·2n-1,
兩式相減得C2=(n-1)·2n-1+,
從而Tn=+(n-1)·2n-1+
=+(n-1)·2n-1,
則不等式Tn 21、n-90>0,因為n∈N*且n≠1,故n>9,
從而最小正整數(shù)n的值是10.
A組 專題通關
1.(2018·安徽省“皖南八校”聯(lián)考)刪去正整數(shù)數(shù)列1,2,3,… 中的所有完全平方數(shù),得到一個新數(shù)列,這個數(shù)列的第2 018項是( )
A.2 062 B.2 063
C.2 064 D.2 065
答案 B
解析 由題意可得,這些數(shù)可以寫為12,2,3,22,5,6,7,8,32,…,第k個平方數(shù)與第k+1個平方數(shù)之間有2k個正整數(shù),而數(shù)列12,2,3,22,5,6,7,8,32,…,452共有2 025項,去掉45個平方數(shù)后,還剩余2 025-45=1 980(個) 22、數(shù),所以去掉平方數(shù)后第2 018項應在2 025后的第38個數(shù),即是原來數(shù)列的第2 063項,即為2 063.
2.(2018·百校聯(lián)盟聯(lián)考)已知數(shù)列{an}滿足0 23、0得>11,
所以n>60.
3.(2018·商丘模擬)已知數(shù)列{an}滿足a1=1,an+1-an≥2(n∈N*),Sn為數(shù)列{an}的前n項和,則( )
A.a(chǎn)n≥2n+1 B.Sn≥n2
C.a(chǎn)n≥2n-1 D.Sn≥2n-1
答案 B
解析 由題意得a2-a1≥2,a3-a2≥2,a4-a3≥2,…,
an-an-1≥2,
∴a2-a1+a3-a2+a4-a3+…+an-an-1≥2(n-1),
∴an-a1≥2(n-1),∴an≥2n-1.
∴a1≥1,a2≥3,a3≥5,…,an≥2n-1,
∴a1+a2+a3+…+an≥1+3+5+…+2n-1,
24、
∴Sn≥(1+2n-1)=n2.
4.(2018·河南省豫南豫北聯(lián)考)數(shù)列{an}滿足a1=,an=(n∈N*),若對n∈N*,都有k>++…+成立,則最小的整數(shù)k是( )
A.3 B.4 C.5 D.6
答案 C
解析 由an=,得an=an+1-1,
∴==-,
即=-,且an>1.
∴++…+=+
+…+
=-,
∴++…+=5-<5.
又對n∈N*,都有k>++…+成立,
∴k≥5.故最小的整數(shù)k是5.
5.(2018·馬鞍山聯(lián)考)已知f(n)表示正整數(shù)n的所有因數(shù)中最大的奇數(shù),例如:12的因數(shù)有1,2,3,4,6,12,則f(12)=3;21的因數(shù) 25、有1,3,7,21,則f(21)=21,那么(i)的值為( )
A.2 488 B.2 495 C.2 498 D.2 500
答案 D
解析 由f(n)的定義知f(n)=f(2n),且若n 為奇數(shù)則f(n)=n,
則(i)=f(1)+f(2)+…+f(100)
=1+3+5+…+99+f(2)+f(4)+…+f(100)
=+f(1)+f(2)+…+f(50)
=2 500+(i),
∴(i)=(i)-(i)=2 500.
6.對于數(shù)列{an},定義Hn=為{an}的“優(yōu)值”,現(xiàn)在已知某數(shù)列{an}的“優(yōu)值”Hn=2n+1,記數(shù)列{an-kn}的前n項和為Sn,若S 26、n≤S5對任意的n恒成立,則實數(shù)k的取值范圍為________.
答案
解析 由題意可知=2n+1,
∴a1+2a2+…+2n-1an=n·2n+1,①
a1+2a2+…+2n-2an-1=(n-1)·2n,②
由①-②,得2n-1an=n·2n+1-(n-1)·2n(n≥2,n∈N*),
則an=2n+2(n≥2),
又當n=1時,a1=4,符合上式,
∴an=2n+2(n∈N*),∴an-kn=(2-k)·n+2,
令bn=(2-k)·n+2,
∵Sn≤S5,∴b5≥0,b6≤0,解得≤k≤,
∴k的取值范圍是.
7.已知數(shù)列{an}的前n項和為Sn,Sn=(an 27、-1),則(4n-2+1)的最小值為__________.
答案 4
解析 ∵Sn=(an-1),∴Sn-1=(an-1-1)(n≥2),
∴an=Sn-Sn-1=(an-an-1),
∴an=4an-1,又a1=S1=(a1-1),
∴a1=4,∴{an}是首項為4,公比為4的等比數(shù)列,
∴an=4n,
∴(4n-2+1)=
=2++≥2+2=4,
當且僅當n=2時取“=”.
8.已知數(shù)列{an}的首項a1=a,其前n項和為Sn,且滿足Sn+Sn-1=4n2(n≥2,n∈N*),若對任意n∈N*,an
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