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第六章 第四节
一、选择题
1.在等差数列{an}中,若a1,a2021为方程x2-10x+16=0的两根,则a2+a1008+a2022=( )
A.10 B.15
C.20 D.40
[答案] B
[解析] 由题意知,a1+a2021=a2+a2022=2a1008=10,所以a2+a1008+a2022=3a1008=15,故选B.
2.某同学在电脑中打出如下若干个圈:
●○●○○●○○○●○○○○●○○○○○●……
若将此若干个圈依此规律连续下去,得到一系列的圈,那么在前2022个圈中的●的个数是( )
A.60 B.61
C.62 D.63
[答案] C
[解析] 第一次毁灭●在第1个位置;其次次毁灭●在第(1+2)个位置;第三次毁灭●在第(1+2+3)个位置;…;第n次毁灭●在第(1+2+3+…+n)个位置.
∵1+2+3+…+n=,当n=62时,==1953,2022-1953=61<63,
∴在前2022个圈中的●的个数是62.
[点评] 图表问题是数列应用中重要的一种题型.
(1)解答表格中的数列问题,关键理清表格的行与列中数列的构成或排列形式特点,然后找到其按行(列)变化的规律,用相应的数列学问求解.
①在如下表格中,每格填上一个数字后,使每一横行成等差数列,每一纵列成等比数列,则a+b+c的值为( )
1
2
0.5
1
a
b
C
A.1 B.2
C.3 D.
[答案] D
[解析] 按题意要求,每一横行成等差数列,每一纵列成等比数列,把表填好后得a=,b=,c=,则a+b+c=.∴选D.
②在下面的表格中,假如每格填上一个数后,每一横行成等差数列,每一纵列成等比数列,那么x+y+z的值为( )
cos0
2
sin
tan
x
y
z
A.1 B.2
C.3 D.4
[答案] A
[解析] 留意到cos0=1,sin=,tan=1,依据每一横行成等差数列,每一纵列成等比数列,填表如下,所以x+y+z=1,选A.
1
2
3
1
(2)给出图形的数列问题,解答时,先观看图形的构成规律,再用不完全归纳法,结合数列学问解答.
③黑白两种颜色的正六边形的面砖按如图所示的规律拼成若干个图案,则第n个图案中有白色地面砖______块.
[答案] 4n+2
[分析] 观看各图案中白色地面砖的变化规律可以发觉,后一个图案总比前一个图案多4块白色地面砖.
[解析] 设第n个图案中白色地面砖有an块,
则a1=6,a2=10,a3=14,易知an-an-1=4(n≥2),
∴{an}是首项为6,公差为4的等差数列,
∴an=6+4(n-1)=4n+2.
④两千多年前,古希腊毕达哥拉斯学派的数学家曾经在沙滩上争辩数学问题.他们在沙滩上画点或用小石子来表示数,依据点或小石子能排列的外形对数进行分类.如下图中的实心点个数1,5,12,22,…,被称为五角形数,其中第1个五角形数记作a1=1,第2个五角形数记作a2=5,第3个五角形数记作a3=12,第4个五角形数记作a4=22,…,若按此规律连续下去,则a5=________,若an=145,则n=________.
[答案] 35 10
[解析] a2-a1=4,a3-a2=7,a4-a3=10,观看图形可得,数列{an-an-1}(n≥2,n∈N*)构成首项为4,公差为3的等差数列,所以a5-a4=13,所以a5=35,an-an-1=3n-2(n≥2,n∈N*),应用累加法得an-a1=4+7+10+…+(3n-2)=,
所以an=+1(n≥2,n∈N*),当an=145时,+1=145,解得n=10.
3.在△ABC中,=是角A、B、C成等差数列的( )
A.充分非必要条件 B.充要条件
C.必要非充分条件 D.既不充分也不必要条件
[答案] A
[解析] =⇒2sinAsinC-sin2A=2cosAcosC+cos2A⇒2cos(A+C)+1=0⇒cosB=⇒B=⇒A+C=2B⇒A、B、C成等差数列.但当A、B、C成等差数列时,=不愿定成立,如A=、B=、C=.故是充分非必要条件.故选A.
4.(文)设正项等比数列{an}的前n项之积为Tn,且T10=32,则+的最小值为( )
A.2 B.
C.2 D.
[答案] B
[解析] 由条件知,T10=a1a2…a10=(a5a6)5=32,∵an>0,∴a5a6=2,∴+=·a5a6·(+)=(a5+a6)≥×2=,等号在a5=a6=时成立.
(理)已知a>0,b>0,A为a,b的等差中项,正数G为a,b的等比中项,则ab与AG的大小关系是( )
A.ab=AG B.ab≥AG
C.ab≤AG D.不能确定
[答案] C
[解析] 由条件知,a+b=2A,ab=G2,∴A=≥=G>0,∴AG≥G2,即AG≥ab,故选C.
[点评] 在学问交汇点处命题是常见命题方式,不等式与数列交汇的题目要特殊留意等差(等比)数列的公式及性质的运用.
5.(2022·上海徐汇、金山、松江二模)函数y=图象上存在不同的三点到原点的距离构成等比数列,则以下不行能成为公比的数是( )
A. B.
C. D.
[答案] B
[解析] 由于y=⇔(x+2)2+y2=1(y≥0),故函数的图象是以(-2,0)为圆心,1为半径的半圆.由圆的几何性质可知圆上的点到原点的距离的最小值为1,最大值为3,故≤q2≤3,即≤q≤,而<,选B.
6.(2021·天津和平区质检)已知数列{an}中的前n项和Sn=n(n-9),第k项满足7<ak<10,则k等于( )
A.7 B.8
C.9 D.10
[答案] C
[解析] 当k≥2时,ak=sk-sk-1=k2-9k-(k-1)2+9(k-1)=2k-10,
由7<ak<10,得7<2k-10<10,
∴<k<10,∴k=9.
二、填空题
7.(2022·河南适应性考试)已知对于任意的自然数n,抛物线y=(n2+n)x2-(2n+1)x+1与x轴相交于An,Bn两点,则|A1B1|+|A2B2|+…+|A2022B2022|=________.
[答案]
[解析] 令(n2+n)x2-(2n+1)x+1=0,则x1+x2=,x1x2=,
由题意得|AnBn|=|x2-x1|,
所以|AnBn|=
===-,
因此|A1B1|+|A2B2|+…+|A2022B2022|=(1-)+(-)+…+(-)=1-=.
8.已知双曲线an-1y2-anx2=an-1an(n≥2,n∈N*)的焦点在y轴上,一条渐近线方程是y=x,其中数列{an}是以4为首项的正项数列,则数列{an}的通项公式是________.
[答案] an=2n+1
[解析] 双曲线方程为-=1,∵焦点在y轴上,又渐近线方程为y=x,∴=,
又a1=4,∴an=4×2n-1=2n+1.
9.(文)已知等差数列{an}中,a3=5,a6=11,将此等差数列的各项排成如图所示的三角形数阵:
a1
a2 a3
a4 a5 a6
a7 a8 a9 a10
… … … … …
则此数阵中第2022行从左到右的第3个数是________.
[答案] 4054187
[解析] 设{an}的公差为d,则a6-a3=3d=6,
∴d=2,∴a1=1,∴an=2n-1,
∵第2022行前共有1+2+3+…+2021=2027091个数,
∴第2022行从左向右第3个数为a2027094=2×2027094-1=4054187.
(理)正整数按下列方法分组:{1},{2,3,4},{5,6,7,8,9},{10,11,12,13,14,15,16},…,记第n组中各数之和为An;由自然数的立方构成下列数组:{03,13},{13,23},{23,33},{33,43},…,记第n组中后一个数与前一个数的差为Bn,则An+Bn=________.
[答案] 2n3
[解析] 由题意知,前n组共有1+3+5+…+(2n-1)=n2个数,所以第n-1组的最终一个数为(n-1)2,第n组的第一个数为(n-1)2+1,第n组共有2n-1个数,所以依据等差数列的前n项和公式可得
An=(2n-1)=[(n-1)2+n](2n-1),而Bn=n3-(n-1)3,
所以An+Bn=2n3.
三、解答题
10.(文)(2021·洛阳统考)已知数列{an}中,a1=2,其前n项和Sn满足Sn+1-Sn=2n+1(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式an以及前n项和Sn;
(2)令bn=2log2an+1,求数列{}的前n项和Tn.
[解析] (1)由Sn+1-Sn=2n+1得an+1=2n+1,即an=2n(n≥2).
又a1=2,所以an=2n(n∈N*).
从而Sn=2+22+…+2n==2n+1-2.
(2)由于bn=2log2an+1=2log22n+1=2n+1,
所以=
=(-).
于是Tn=[(-)+(-)+…+(-)]=(-)=.
(理)(2021·池州一模)已知数列{an}满足a1=1,an+1=2(1+)2an.
(1)设bn=,求证:数列{bn}是等比数列;
(2)求数列{an}的通项公式;
(3)设cn=an+1-2an,求数列{cn}的前n项和Sn.
[解析] (1)证明:an+1=2·an,
=2·,∴bn+1=2bn,
∴数列{bn}是公比为2的等比数列.
(2)由(1)知{bn}是公比为2的等比数列,
又b1==a1=1,
∴bn=b1·2n-1=2n-1,∴=2n-1,
∴an=n2·2n-1.
(3)cn=(n+1)2·2n-2n2·2n-1
=(2n+1)·2n,
∴Sn=3×2+5×22+7×23+…+(2n+1)·2n.①
2Sn=3×22+5×23+…+(2n-1)·2n+(2n+1)·2n+1.②
①-②得,-Sn=3×2+2×22+2×23+…+2×2n-(2n+1)×2n+1
=2+-(2n+1)·2n+1
=-2-(2n-1)·2n+1,
∴Sn=(2n-1)·2n+1+2.
[点评] 数列求和的方法
(1)公式求和法
①(2021·浙江高考)在公差为d的等差数列{an}中,已知a1=10,且a1,2a2+2,5a3成等比数列.
(1)求d,an;
(2)若d<0,求|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|.
[解析] (1)由题意得a1·5a3=(2a2+2)2,a1=10,
即d2-3d-4=0.故d=-1或d=4.
所以an=-n+11,n∈N+或an=4n+6,n∈N+.
(2)设数列{an}的前n项和为Sn.由于d<0,
由(1)得d=-1,an=-n+11.则
当n≤11时,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=Sn=-n2+n.
当n≥12时,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|=-Sn+2S11=n2-n+110.
综上所述,|a1|+|a2|+|a3|+…+|an|
=
②(2022·陕西长安一中、新高一中联考)已知数列{an}中,an=-4n+5,等比数列{bn}的公比q满足q=an-an-1(n≥2),且b1=a2,则|b1|+|b2|+…+|bn|=( )
A.1-4n B.4n-1
C. D.
[答案] B
[解析] 由于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|}是公比为4的等比数列,所以|b1|+|b2|+…+|bn|==4n-1,故选B.
(2)分组求和法
③数列{(-1)n+1n}的前2 015项的和S2 015为( )
A.-2 015 B.-1 008
C.-2 014 D.1 008
[答案] D
[解析] S2 015=1-2+3-4+…-2 014+2 015=(1-2)+(3-4)+…+(2 013-2 014)+2 015=-1 007+2 015=1 008.
④(2022·包头模拟)已知数列{xn}的首项x1=3,通项xn=2np+nq(n∈N+,p,q为常数),且x1,x4,x5成等差数列.求:
(1)p,q的值;
(2)数列{xn}前n项和Sn.
[分析] 第(1)问由已知条件列出关于p、q的方程组求解;第(2)问分组后用等差、等比数列的求和公式求解.
[解析] (1)由x1=3,得2p+q=3,又由于x4=24p+4q,x5=25p+5q,且x1+x5=2x4,得3+25p+5q=25p+8q,解得p=1,q=1.
(2)由(1),知xn=2n+n,所以Sn=(2+22+…+2n)+(1+2+…+n)=2n+1-2+.
(3)裂项相消法
⑤(2022·三门峡模拟)已知数列{an}的通项公式是an=,若前n项和为10,则项数n为( )
A.11 B.99
C.120 D.121
[答案] C
[解析] ∵an==-,
∴Sn=a1+a2+…+an=(-1)+(-)+…+(-)=-1.令-1=10,
得n=120.
⑥等差数列{an}的各项均为正数,a1=3,前n项和为Sn,{bn}为等比数列,b1=1,且b2S2=64,b3S3=960.
(1)求an与bn;
(2)求++…+.
[分析] (1)依据数列中基本量的运算求an与bn的表达式;
(2)求的表达式,利用裂项相消法求和.
[解析] (1)设{an}的公差为d,{bn}的公比为q,则d为正数,an=3+(n-1)d,bn=qn-1,
依题意有,
解得,或(舍去).
故an=3+2(n-1)=2n+1,bn=8n-1.
(2)Sn=3+5+…+(2n+1)=n(n+2),
∴++…+
=+++…+
=
=
=-.
(4)倒序相加法
⑦设f(x)=,若S=f()+f()+…+f(),则S=________.
[答案] 1006
[解析] ∵f(x)=,
∴f(1-x)==,
∴f(x)+f(1-x)=+=1.
S=f()+f()+…+f(),①
S=f()+f()+…+f(),②
①+②得,2S=[f()+f()]+[f()+f()]+…+[f()+f()]=2022,∴S==1006.
(5)错位相减法
⑧已知数列{an}的前n项和为Sn且an=n·3n,则Sn=________.
[答案]
[解析] ∵Sn=3+2·32+3·33+…+n·3n①
∴3Sn=32+2·33+3·34+…+(n-1)·3n+n·3n+1.②
①-②,得-2Sn=3+32+33+…3n-n·3n+1=-n·3n+1,
∴Sn=.
一般地,{an}是等差数列,{bn}是等比数列(公差d≠0,公比q≠1),cn=anbn,求数列{cn}前n项的和用“乘公比、错位相减法”.
第一步,将数列{cn}写成cn=an·bn,其中{an}为等差数列,{bn}为等比数列,公比为q.
其次步,写出Sn=a1b1+a2b2+…+anbn.
第三步,乘公比q得,qSn=a1b2+a2b3+…+anbn+1.
第四步,错位相减,用等比数列求和公式求和得(q-1)Sn.
第五步,等式两边同除以q-1得Sn.
第六步,检查解题过程,看求和公式是否用错,符号是否正确,化简有无错误.
⑨(2022·湖南安化综合训练)已知各项均为正数的数列{an}的前n项和为Sn,且Sn,an,1成等差数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若a=2-bn,设cn=,求数列{cn}的前n项和Tn.
[解析] (1)由题意,知2an=Sn+1,an>0.
当n=1时,2a1=a1+1,∴a1=1;
当n≥2时,Sn=2an-1,Sn-1=2an-1-1,
两式相减,得an=2an-2an-1(n≥2),整理得=2(n≥2).
∴数列{an}是以1为首项,2为公比的等比数列,
则an=1×2n-1=2n-1.
(2)由(1)及题意知a=2-bn=22n-2,
∴bn=2-2n,cn===,
∴Tn=++…++,①
Tn=++…++,②
①-②,得Tn=-4(++…+)-
=-4×-=-2(1-)-
=-2,
∴Tn=-4.
(6)特殊数列求和.
⑩假如f(a+b)=f(a)·f(b)(a,b∈R)且f(1)=2,则+++…+等于( )
A.2011 B.2022 C.2021 D.2022
[答案] D
[解析] 令a=n,b=1,f(n+1)=f(n)·f(1),
∴=f(1)=2,
∴+++…+=2×1007=2022.
⑪已知数列{an}的通项公式为an=log2(n∈N+),设其前n项和为Sn,则使Sn<-5成立的自然数n( )
A.有最大值63 B.有最小值63
C.有最大值32 D.有最小值32
[答案] B
[解析] Sn=a1+a2+a3+…+an
=log2+log2+log2+…+log2
=log2
=log2<-5,
∴<,∴64<n+2,∴n>62,∴nmin=63.
一、选择题
11.(2022·河北衡水一模)已知正项等比数列{an}满足:a7=a6+2a5,若存在两项am,an使得=4a1,则+的最小值为( )
A. B.
C. D.不存在
[答案] A
[解析] 由已知an>0,a7=a6+2a5,设{an}的公比为q,则a6q=a6+,∴q2-q-2=0,∵q>0,∴q=2,
∵=4a1,∴a·qm+n-2=16a,∴m+n-2=4,
∴m+n=6,
∴+=(m+n)=≥=,等号在=,即n=2m=4时成立.
12.(2022·吉林长春其次中学统练)已知{an}为等差数列,若a1+a5+a9=8π,则cos(a3+a7)的值为( )
A. B.-
C. D.-
[答案] D
[解析] ∵数列{an}为等差数列,∴a1+a5+a9=3a5=8π,a5=,a3+a7=2a5=,cos(a3+a7)=cos=cos=-cos=-.
13.已知函数f(x)=x2+bx的图象在点A(1,f(1))处的切线l与直线3x-y+2=0平行,若数列{}的前n项和为Sn,则S2022的值为( )
A. B.
C. D.
[答案] D
[解析] 由于f ′(x)=2x+b,据题意则有f ′(1)=2+b=3,故b=1,即f(x)=x2+x,从而==-,
其前n项和Sn=(1-)+(-)+…+(-)=1-=,故S2022=.
14.(文)某程序框图如图所示,该程序运行后输出的k的值是( )
A.8 B.9
C.10 D.11
[答案] D
[解析] 由程序框图可知,S=1+2+22+…+2k=2k+1-1,由S<2022得,2k+1<2021,∴k≤9.
∵1+2+22+…+29=1023,
∴S的值加上29后,变为S=1023<2022,此时k的值增加1变为k=10,
再执行一次循环体后,
S=1023+210=2047,k=10+1=11,此时不满足S<2022,输出k的值11后结束.
[点评] 这是最简洁出错的地方,解这类题时,既要考虑等比数列求和,在k取何值时,恰满足S≥2022,又要顾及S与k的赋值语句的先后挨次.
(理)(2022·湖北十大名校联考)已知an=()n,把数列{an}的各项排列成如下的三角形外形,
a1
a2 a3 a4
a5 a6 a7 a8 a9
……
记A(m,n)表示第m行的第n个数,则A(10,12)=( )
A.()93 B.()92
C.()94 D.()112
[答案] A
[解析] 前9行一共有1+3+5+…+17=81个数,而A(10,12)表示第10行的第12个数,∴n=93,即A(10,12)=a93=()93.
15.两个正数a、b的等差中项是,一个等比中项是2,且a<b,则双曲线-=1的离心率e等于( )
A. B.
C. D.
[答案] D
[解析] ∵a+b=7,a·b=12,b>a>0,
∴a=3,b=4.∴e===.
二、填空题
16.(2022·安徽安庆二模)如图,坐标纸上的每个单元格的边长为1,由下往上的六个点:1,2,3,4,5,6的横、纵坐标依次对应数列{an}(n∈N*)的前12项(如下表所示),按如此规律下去,则a2011+a2022+a2021=________.
[答案] 1007
[解析] 由a1=1,a2=1,a3=-1,a4=2,a5=2,a6=3,a7=-2,a8=4可知,这个数列的规律是奇数项为1,-1,2,-2,3,-3,…,偶数项为1,2,3,…,故a2011+a2021=-503+504=1,a2022=1006,故a2011+a2022+a2021=1007.
三、解答题
17.(2021·湖北)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≥2021?若存在,求出符合条件的全部n的集合;若不存在,说明理由.
[解析] (1)设数列{an}的公比为q,则a1≠0,q≠0,
由条件易知q≠1.由题意得
即
解得
故数列{an}的通项公式为an=3×(-2)n-1.
(2)由(1)有Sn==1-(-2)n.
若存在n,使得Sn≥2021,则1-(-2)n≥2021,
即(-2)n≤-2022.
当n为偶数时,(-2)n>0,上式不成立;
当n为奇数时,(-2)n=-2n≤-2022,即2n≥2022,则n≥11.
综上,存在符合条件的正整数n,且全部这样的n的集合为{n|n=2k+1,k∈N,k≥5}.
18.(文)(2022·成都七中模拟)设函数f(x)=+(x>0),数列{an}满足a1=1,an=f(),n∈N*,且n≥2.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)对n∈N*,设Sn=+++…+,若Sn≥恒成立,求实数t的取值范围.
[解析] (1)由an=f()可得,an-an-1=,n∈N*,n≥2.所以{an}是等差数列.
又由于a1=1,所以an=1+(n-1)×=,n∈N*.
(2)Sn=+++…+,n∈N*.
由于an=,所以an+1=,
所以=
=(-).
所以Sn=(-)=,n∈N*.
Sn≥⇔≥⇔t≤(n∈N*)恒成立.
令g(n)=(n∈N*),
g(n)===2n+3+-6(n∈N*).
令p=2n+3,则p≥5,p∈N*.
g(n)=p+-6(n∈N*),易知p=5时,g(n)min=.所以t≤,即t的取值范围是(-∞,].
(理)(2022·四川资阳模拟)已知数列{an}的前n项和Sn满足:Sn=an+n-3.
(1)求证:数列{an-1}是等比数列;
(2)令cn=log3(a1-1)+log3(a2-1)+…+log3(an-1),对任意n∈N*,是否存在正整数m,使++…+≥都成立?若存在,求出m的值;若不存在,请说明理由.
[解析] (1)当n=1时,S1=a1=a1-2,解得a1=4.
当n≥2时,由Sn=an+n-3得Sn-1=an-1+n-4,
两式相减,得Sn-Sn-1=an-an-1+1,即an=3an-1-2,
则an-1=3(an-1-1),故数列{an-1}是以a1-1=3为首项,3为公比的等比数列.
(2)由(1)知an-1=3n,
cn=log3(a1-1)+log3(a2-1)+…+log3(an-1)=1+2+…+n=,所以==2(-),则++…+=2[(1-)+(-)+…+(-)]=2(1-),
由++…+≥对任意n∈N*都成立,得2(1-)≥,即m≤6(1-)对任意n∈N*都成立,
当n=1时,6(1-)取最小值3,∴m≤3.
又m∈N*,所以m的值为1,2,3.
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