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数列是高中数学的重要内容,它与函数、方程、不等式、几何等数学的各个分支都有着密切的联系解答数列题往往涉及到重要的数学思想方法,对学生的能力要求较高因此,数列问题成为历年高考的热点内容本文就解答高考数列题的常见策略作简单的归纳,希望对同学们有所帮助
一、化归转化策略
数列问题常可化归为等差(等比)数列或化归为我们熟悉的数列问题去求解;又由于数列的通项公式及求和公式可看成是关于序号n的函数,因此,也可将数列问题转化成函数问题去解决
例设 an}是正数组成的数列,其前n项和为n,且对所有的正整数n,an与2的等差中项等于n与2的等比中项,求数列 an}的通项公式
解:由题意12 an+2=2n,得n=18 an+22,∵12 a1+2=2a1,∴a1=2当n≥2时,an=n- n-1=18\ an+22- a n-1+22,整理得: an+a n-1 an-a n-1-4=0,故数列 an}是首项为2,公差为4的等差数列,∴an=4n-2
例 2设An为数列 an}的前n项和,An=32 an-1 n∈N,数列 bn}通项公式为bn=4n+3 n∈N
(1)求数列 an}的通项公式;
(2)若d∈ a1,a2,…,an…}∩ b1,b2,…,bn…},则称d为数列 an}与 bn}的公共项将数列 an}与 bn}的公共项,按它们在原数列中的先后顺序排成一个新的数列 dn},证明数列 dn}的通项公式为dn=32n+1(n∈N)
解:(1)由已知An=32 an-1,当n=1时,a1=32 a1-1,解得a1=3当n≥2时,an=An-A n-1=32 an-a n-1,解得an=3a n-1∴数列 an}是首项为3,公比为3的等比数列,故an=3n n∈N
(2)易知a1,a2不是数列 bn}中的项,∵a3=27=4×6+3,∴d1=27是数列 bn}中的第6项设ak=3k是数列中 bn}的第m项,则3k=4m+3 k,m∈N,a k+1=3k+1=3•3k=4 3m+2+1,∴a k+1不是数列 bn}中的项又a k+2=3k+1=9•3k=4 9m+6+3,∴a k+2,是数列 bn}中的项因此,d1=a3,d2=a5,d3=a7,…,dn=a 2n+1,∴dn=a 2n+1=32n+1 n∈N
评析:解(2)的关键是由题设得出3k=4m+3这一关系式,难点是运用分类思想进行归纳、判断,得出 dn}的通项公式,分类是按k除以3的余数来进行讨论该题应用了化归、分类等思想,是一道反映高考动向,考察学生能力的好题
例 3设等差数列 an}的前n项和为n,已知a3=12,2>0,3<0
(1)求公差d的取值范围;
(2)指出1,2,…,n中哪一个值最大,并说明理由
解:(1)由题意, 2=12a1+12×112d>03=13a1+13×122d<0 即 2a1+11d>0a1+6d<0 ,又a3=12,∴a1=12-2d,这样便可得到-247 (2)∵n=na1+n n-12d=n 12-2d+n n-12d,
∴n=d2n-12 5-24d2-d212 5-24d2,因为d<0,且当-247 5<12 5-24d<65,由二次函数的知识得n-6时,n最大,即6最大
二、整体思维策略
在解题时,运用数列的性质,如等差数列 an}中,am+an=ap+aq;等比数列 an}中,am•an=ap•aq(其中m+n=p+q)等等,进行整体思考,可以简化解题过程,优化解题质量
例 4设 an}是由正数组成的等比数列,n是其前n项和,证明lgn+lg n+22<lg n+1
证明:设 an}的公比为q,由 n+1=a1+qn, n+2=a1+q n+1得n• n+2-2 n+1=n a1+q n+1- a1+qn n+1=a1 n- n+1=-a1a n+1<0,∴n• n+2<2 n+1,故lgn+lg n+22<lg n+1
三、特殊探索策略
通过对某些特殊情形的观察、探索,猜测出问题的一般结论,然后运用数学归纳法或其它方法加以证明这种策略是解数列题的常用策略之一
例 5若a>b>2,那么ab,a+b,ba,a-b是否可依某种顺序组成等比数列?若能,求出a,b的值;若不能,说明理由
解:当a=4,b=3时,ab=12,a+b=7,ba=34,a-b=1从而猜测可能按ab,a+b,a-b,ba的顺序成等比数列若ab,a+b,a-b,ba成等比数列,则 a+bab=baa-b a+b2=ab a-b ,解得a=7+52,b=12 10+72∵b=12 10+72>2,∴满足a>b>2,故可按ab,a+b,a-b,ba的顺序组成等比数列,此时a=7+52,b=12 10+72
四、递推探求策略
对于有些数列问题,我们可以建立起一个递推关系式,根据递推关系的性质进行探求
例 6 3设数列 an}的前n项和为n,且n=-ban+1-1 1+bn,(其中b是与n无关的常数,且b≠-1)试写出用n和b表示an的表达式
解:∵a1=1=-ba1+1-11+b,∴a1=b 1+b2,
当n≥2时,an=n- n-1=-b an-a n-1+b 1+bn,∴an=b1+ba n-1+b 1+bn+1 ()∴a2=b2 1+b3+b 1+b3=b+b2 1+b3,a3=b1+b•b+b2 1+b3+b 1+b4=3b+b2+b3 1+b4,…,继续用递推式()代下去,即得an=b+b2+…+bn 1+bn+1,故an= b-bn+1 1-b 1+bn+1 b≠1时n2n+1 b=1时
五、分类讨论策略
所谓分类讨论策略,是指解题时根据数列的有关公式,如an= n- n-1 n≥2时1 n=1时 ;又如等比数列求和公式n= ( na1q=1时a1 1-qn1-q q≠1时 )等,或根据问题的特点进行分类讨论的策略
例 7已知等比数列 an}的首项a1>0,公比q>-1且q≠0,设数列 bn}的通项bn=a n+1+a n+2 n∈N,数列 an}、 bn}的前n项和分别记为An、 n试比较An和 n的大小
解:∵bn=a n+1+a n+2=an q+q2,∴ n= q+q2An
当q>0时,∵a1>0,∴An>0;当-1
一、化归转化策略
数列问题常可化归为等差(等比)数列或化归为我们熟悉的数列问题去求解;又由于数列的通项公式及求和公式可看成是关于序号n的函数,因此,也可将数列问题转化成函数问题去解决
例设 an}是正数组成的数列,其前n项和为n,且对所有的正整数n,an与2的等差中项等于n与2的等比中项,求数列 an}的通项公式
解:由题意12 an+2=2n,得n=18 an+22,∵12 a1+2=2a1,∴a1=2当n≥2时,an=n- n-1=18\ an+22- a n-1+22,整理得: an+a n-1 an-a n-1-4=0,故数列 an}是首项为2,公差为4的等差数列,∴an=4n-2
例 2设An为数列 an}的前n项和,An=32 an-1 n∈N,数列 bn}通项公式为bn=4n+3 n∈N
(1)求数列 an}的通项公式;
(2)若d∈ a1,a2,…,an…}∩ b1,b2,…,bn…},则称d为数列 an}与 bn}的公共项将数列 an}与 bn}的公共项,按它们在原数列中的先后顺序排成一个新的数列 dn},证明数列 dn}的通项公式为dn=32n+1(n∈N)
解:(1)由已知An=32 an-1,当n=1时,a1=32 a1-1,解得a1=3当n≥2时,an=An-A n-1=32 an-a n-1,解得an=3a n-1∴数列 an}是首项为3,公比为3的等比数列,故an=3n n∈N
(2)易知a1,a2不是数列 bn}中的项,∵a3=27=4×6+3,∴d1=27是数列 bn}中的第6项设ak=3k是数列中 bn}的第m项,则3k=4m+3 k,m∈N,a k+1=3k+1=3•3k=4 3m+2+1,∴a k+1不是数列 bn}中的项又a k+2=3k+1=9•3k=4 9m+6+3,∴a k+2,是数列 bn}中的项因此,d1=a3,d2=a5,d3=a7,…,dn=a 2n+1,∴dn=a 2n+1=32n+1 n∈N
评析:解(2)的关键是由题设得出3k=4m+3这一关系式,难点是运用分类思想进行归纳、判断,得出 dn}的通项公式,分类是按k除以3的余数来进行讨论该题应用了化归、分类等思想,是一道反映高考动向,考察学生能力的好题
例 3设等差数列 an}的前n项和为n,已知a3=12,2>0,3<0
(1)求公差d的取值范围;
(2)指出1,2,…,n中哪一个值最大,并说明理由
解:(1)由题意, 2=12a1+12×112d>03=13a1+13×122d<0 即 2a1+11d>0a1+6d<0 ,又a3=12,∴a1=12-2d,这样便可得到-247
∴n=d2n-12 5-24d2-d212 5-24d2,因为d<0,且当-247
二、整体思维策略
在解题时,运用数列的性质,如等差数列 an}中,am+an=ap+aq;等比数列 an}中,am•an=ap•aq(其中m+n=p+q)等等,进行整体思考,可以简化解题过程,优化解题质量
例 4设 an}是由正数组成的等比数列,n是其前n项和,证明lgn+lg n+22<lg n+1
证明:设 an}的公比为q,由 n+1=a1+qn, n+2=a1+q n+1得n• n+2-2 n+1=n a1+q n+1- a1+qn n+1=a1 n- n+1=-a1a n+1<0,∴n• n+2<2 n+1,故lgn+lg n+22<lg n+1
三、特殊探索策略
通过对某些特殊情形的观察、探索,猜测出问题的一般结论,然后运用数学归纳法或其它方法加以证明这种策略是解数列题的常用策略之一
例 5若a>b>2,那么ab,a+b,ba,a-b是否可依某种顺序组成等比数列?若能,求出a,b的值;若不能,说明理由
解:当a=4,b=3时,ab=12,a+b=7,ba=34,a-b=1从而猜测可能按ab,a+b,a-b,ba的顺序成等比数列若ab,a+b,a-b,ba成等比数列,则 a+bab=baa-b a+b2=ab a-b ,解得a=7+52,b=12 10+72∵b=12 10+72>2,∴满足a>b>2,故可按ab,a+b,a-b,ba的顺序组成等比数列,此时a=7+52,b=12 10+72
四、递推探求策略
对于有些数列问题,我们可以建立起一个递推关系式,根据递推关系的性质进行探求
例 6 3设数列 an}的前n项和为n,且n=-ban+1-1 1+bn,(其中b是与n无关的常数,且b≠-1)试写出用n和b表示an的表达式
解:∵a1=1=-ba1+1-11+b,∴a1=b 1+b2,
当n≥2时,an=n- n-1=-b an-a n-1+b 1+bn,∴an=b1+ba n-1+b 1+bn+1 ()∴a2=b2 1+b3+b 1+b3=b+b2 1+b3,a3=b1+b•b+b2 1+b3+b 1+b4=3b+b2+b3 1+b4,…,继续用递推式()代下去,即得an=b+b2+…+bn 1+bn+1,故an= b-bn+1 1-b 1+bn+1 b≠1时n2n+1 b=1时
五、分类讨论策略
所谓分类讨论策略,是指解题时根据数列的有关公式,如an= n- n-1 n≥2时1 n=1时 ;又如等比数列求和公式n= ( na1q=1时a1 1-qn1-q q≠1时 )等,或根据问题的特点进行分类讨论的策略
例 7已知等比数列 an}的首项a1>0,公比q>-1且q≠0,设数列 bn}的通项bn=a n+1+a n+2 n∈N,数列 an}、 bn}的前n项和分别记为An、 n试比较An和 n的大小
解:∵bn=a n+1+a n+2=an q+q2,∴ n= q+q2An
当q>0时,∵a1>0,∴An>0;当-1
1,1-q>0,1-qn>0,∴An=a1 1-qn1-q>0
故当q>-1且q≠0时,总有An>0
又 n-An=An c+q2-1=An q+5+12 q-5-12,
∴当-1n;
当q=5-12时,An= n;
当q>5-12时,An< n
(作者:周淦利,江苏省泰州市第三高级中学)