数列综合题型总结

发布 2021-04-29 12:42:28 阅读 8260

题型一求有数列参与的不等式恒成立条件下参数问题。

求得数列与不等式绫结合恒成立条件下的参数问题主要两种策略:(1)若函数f(x)在定义域为d,则当x∈d时,有f(x)≥m恒成立f(x)min≥m;f(x)≤m恒成立f(x)max≤m;(2)利用等差数列与等比数列等数列知识化简不等式,再通过解不等式解得。

例1】 等比数列的公比q>1,第17项的平方等于第24项,求使a1+a2+…+an>++恒成立的正整数n的取值范围。

分析】 利用条件中两项间的关系,寻求数列首项a1与公比q之间的关系,再利用等比数列前n项公式和及所得的关系化简不等式,进而通过估算求得正整数n的取值范围。

解】 由题意得:(a1q16)2=a1q23,∴a1q9=1.

由等比数列的性质知:数列{}是以为首项,以为公比的等比数列,要使不等式成立,则须>,把a=q18代入上式并整理,得q18(qn-1)>q(1-),qn>q19,∵q>1,∴n>19,故所求正整数的取值范围是n≥20.

点评】 本题解答数列与不等式两方面的知识都用到了,主要体现为用数列知识化简,用不等式知识求得最后的结果。本题解答体现了转化思想、方程思想及估算思想的应用。

例2】 (08·全国ⅱ)设数列的前项和为sn.已知a1=a,an+1=sn+3n,n∈n*.(设bn=sn-3n,求数列的通项公式;(ⅱ若an+1≥an,n∈n*,求a的取值范围.

分析】 第(ⅰ)小题利用sn与an的关系可求得数列的通项公式;第(ⅱ)小题将条件an+1≥an转化为关于n与a的关系,再利用a≤f(n)恒成立等价于a≤f(n)min求解.

解】 (依题意,sn+1-sn=an+1=sn+3n,即sn+1=2sn+3n,由此得sn+1-3 n+1=2(sn-3n).

因此,所求通项公式为bn=sn-3n=(a-3)2 n1,n∈n*,

ⅱ)由①知sn=3n+(a-3)2 n1,n∈n*,于是,当n≥2时,an=sn-sn1=3n+(a-3)2 n1-3n1-(a-3)2 n2=2×3n1+(a-3)2 n2,an+1-an=4×3 n1+(a-3)2 n2=2 n2·[12·()n2+a-3],当n≥2时,an+1≥an,即2 n2·[12·()n2+a-3]≥0,12·()n2+a-3≥0,∴a≥-9,综上,所求的a的取值范围是[-9,+∞

点评】 一般地,如果求条件与前n项和相关的数列的通项公式,则可考虑sn与an的关系求解。本题求参数取值范围的方法也一种常用的方法,应当引起重视。

题型二数列参与的不等式的证明问题。

此类不等式的证明常用的方法:(1)比较法,特别是差值比较法是最根本的方法;(2)分析法与综合法,一般是利用分析法分析,再利用综合法分析;(3)放缩法,主要是通过分母分子的扩大或缩小、项数的增加与减少等手段达到证明的目的。

例3】 已知数列是等差数列,其前n项和为sn,a3=7,s4=24.(ⅰ求数列的通项公式;(ⅱ设p、q都是正整数,且p≠q,证明:sp+q<(s2p+s2q).

分析】 根据条件首先利用等差数列的通项公式及前n项公式和建立方程组即可解决第(ⅰ)小题;第(ⅱ)小题利用差值比较法就可顺利解决。

解】 (设等差数列的公差是d,依题意得, ,解得,数列的通项公式为an=a1+(n-1)d=2n+1.

ⅱ)证明:∵an=2n+1,∴sn==n2+2n.

2sp+q-(s2p+s2q)=2[(p+q)2+2(p+q)]-4p2+4p)-(4q2+4q)=-2(p-q)2,p≠q,∴2sp+q-(s2p+s2q)<0,∴sp+q<(s2p+s2q).

点评】 利用差值比较法比较大小的关键是对作差后的式子进行变形,途径主要有:(1)因式分解;(2)化平方和的形式;(3)如果涉及分式,则利用通分;(4)如果涉及根式,则利用分子或分母有理化。

例4】 (08·安徽高考)设数列满足a1=0,an+1=can3+1-c,c∈n*,其中c为实数。(ⅰ证明:an∈[0,1]对任意n∈n*成立的充分必要条件是c∈[0,1];(设0<c<,证明:

an≥1-(3c)n1,n∈n*;(设0<c<,证明:a12+a22+…+an2>n+1-,n∈n*.

分析】 第(1)小题可考虑用数学归纳法证明;第(2)小题可利用综合法结合不等关系的迭代;第(3)小题利用不等式的传递性转化等比数列,然后利用前n项和求和,再进行适当放缩。

解】(ⅰ必要性:∵a1=0,a2=1-c,又∵a2∈[0,1],∴0≤1-c≤1,即c∈[0,1].

充分性:设c∈[0,1],对n∈n*用数学归纳法证明an∈[0,1].

1)当n=1时,a1∈[0,1].

2)假设当n=k时,ak∈[0,1](k≥1)成立,则。

ak+1=cak3+1-c≤c+1-c=1,且ak+1=cak3+1-c≥1-c≥0,ak+1∈[0,1],这就是说n=k+1时,an∈[0,1].

由(1)、(2)知,当c∈[0,1]时,知an∈[0,1]对所胡n∈n*成立。

综上所述,an∈[0,1]对任意n∈n*成立的充分必要条件是c∈[0,1].

ⅱ)设0<c<,当n=1时,a1=0,结论成立。

当n≥2时,由an=can13+1-c,∴1-an=c(1-an1)(1+an1+an12)

0<c<,由(ⅰ)知an1∈[0,1],所以1+an1+an12≤3,且1-an1≥0,∴1-an≤3c(1-an1),1-an≤3c(1-an1)≤(3c)2(1-an2)≤…3c) n1(1-a1)=(3c) n1,∴an≥1-(3c)n1,n∈n*.

ⅲ)设0<c<,当n=1时,a12=0>2-,结论成立。

当n≥2时,由(ⅱ)知an≥1-(3c)n1>0,an2≥[(1-(3c)n1)] 2=1-2(3c)n1+(3c)(n1)>1-2(3c)n1,a12+a22+…+an2=a22+…+an2>n-1-2[3c+(3c)2+…+3c)n1]

n-1-2[1+3c+(3c)2+…+3c)n1-1]=n+1->n+1-.

点评】 本题是数列与不等式、数学归纳法的知识交汇题,属于难题,此类试题在高考中点占有一席之地,复习时应引起注意。本题的第(ⅰ)小题实质也是不等式的证明,题型三求数列中的最大值问题。

求解数列中的某些最值问题,有时须结合不等式来解决,其具体解法有:(1)建立目标函数,通过不等式确定变量范围,进而求得最值;(2)首先利用不等式判断数列的单调性,然后确定最值;(3)利用条件中的不等式关系确定最值。

例5】 (08·四川高考)设等差数列的前项和为sn,若s4≥10,s5≤15,则a4的最大值为___

分析】 根据条件将前4项与前5项和的不等关系转化为关于首项a1与公差d的不等式,然后利用此不等关系确定公差d的范围,由此可确定a4的最大值。

解】 ∵等差数列的前项和为sn,且s4≥10,s5≤15,,即,∴ a4≤3+d,则5+3d≤6+2d,即d≤1.

a4≤3+d≤3+1=4,故a4的最大值为4.

点评】 本题最值的确定主要是根据条件的不等式关系来求最值的,其中确定数列的公差d是解答的关键,同时解答中要注意不等式传递性的应用。

例6】 等比数列的首项为a1=2002,公比q=-.设f(n)表示该数列的前n项的积,求f(n)的表达式;(ⅱ当n取何值时,f(n)有最大值.

分析】 第(ⅰ)小题首先利用等比数列的通项公式求数列的通项,再求得f(n)的表达式;第(ⅱ)小题通过商值比较法确定数列的单调性,再通过比较求得最值。

解】 (an=2002·(-n1,f(n)=2002n·(-

ⅱ)由(ⅰ)得=,则。

当n≤10时,=>1,∴|f(11)|>f(10)|>f(1)|,当n≥11时,=<1,∴|f(11)|>f(12)|>f(13)|>f(11)<0,f(10)<0,f(9)>0,f(12)>0,∴f(n)的最大值为f(9)或f(12)中的最大者.

==20023·()30=()3>1,当n=12时,f(n)有最大值为f(12)=200212·()66.

点评】 本题解答有两个关键:(1)利用商值比较法确定数列的单调性;(2)注意比较f(12)与f(9)的大小。整个解答过程还须注意f(n)中各项的符号变化情况。

题型四求解探索性问题。

数列与不等式中的探索性问题主要表现为存在型,解答的一般策略:先假设所探求对象存在或结论成立,以此假设为前提条件进行运算或逻辑推理,若由此推出矛盾,则假设不成立,从而得到“否定”的结论,即不存在。若推理不出现矛盾,能求得在范围内的数值或图形,就得到肯定的结论,即得到存在的结果。

例7】 已知的前n项和为sn,且an+sn=4.(ⅰ求证:数列是等比数列;(ⅱ是否存在正整数k,使>2成立。

分析】 第(ⅰ)小题通过代数变换确定数列an+1与an的关系,结合定义判断数列为等比数列;而第(ⅱ)小题先假设条件中的不等式成立,再由此进行推理,确定此不等式成立的合理性。

解】 (由题意,sn+an=4,sn+1+an+1=4,由两式相减,得(sn+1+an+1)-(sn+an)=0,即2an+1-an=0,an+1=an,又2a1=s1+a1=4,∴a1=2,∴数列是以首项a1=2,公比为q=的等比数列。

ⅱ)由(ⅰ)得sn==4-22n.

又由>2,得>2,整理,得<21k<1,即1<2 k 1<,k∈n*,∴2k1∈n*,这与2k1∈(1,)相矛盾,故不存在这样的k,使不等式成立。

点评】 本题解答的整个过程属于常规解法,但在导出矛盾时须注意条件“k∈n*”,这是在解答数列问题中易忽视的一个陷阱。

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