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第41讲等差数列1、数列的通项公式一般地,如果数列eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的第n项与序号n之间的关系可以用一个公式来表示,那么这个公式叫做这个数列eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an))的通项公式.注:并不是每一个数列都有通项公式,有通项公式的数列,其通项公式也不一定唯一.2、数列的表示方法数列可以用通项公式来描述,也可以通过图像或列表来表示.3、等差数列的有关概念(1)定义:如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列.这个常数叫做等差数列的公差,符号表示为an+1-an=d(n∈N*,d为常数).(2)等差中项:数列a,A,b成等差数列的充要条件是A=eq\f(a+b,2),其中A叫做a,b的等差中项.4、等差数列的有关公式(1)通项公式:an=a1+(n-1)d=nd+(a1-d)⇒当d≠0时,an是关于n的一次函数.(2)前n项和公式:Sn=eq\f(na1+an,2)eq\o(→,\s\up7(an=a1+n-1d))Sn=na1+eq\f(nn-1,2)d=eq\f(d,2)n2+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a1-\f(d,2)))n⇒当d≠0时,Sn是关于n的二次函数,且没有常数项.1、(2023•甲卷(文))记SKIPIF1<0为等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和.若SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0SKIPIF1<0A.25 B.22 C.20 D.15【答案】SKIPIF1<0【解析】等差数列SKIPIF1<0中,SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,故SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0.故选:SKIPIF1<0.2、(2022•乙卷(文))记SKIPIF1<0为等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和.若SKIPIF1<0,则公差SKIPIF1<0.【答案】2.【解析】SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0为等差数列,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,解得SKIPIF1<0.故答案为:2.3、(2022•上海)已知等差数列SKIPIF1<0的公差不为零,SKIPIF1<0为其前SKIPIF1<0项和,若SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0,2,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0中不同的数值有个.【答案】98.【解析】SKIPIF1<0等差数列SKIPIF1<0的公差不为零,SKIPIF1<0为其前SKIPIF1<0项和,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0,解得SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,1,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0中SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,其余各项均不相等,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0中不同的数值有:SKIPIF1<0.故答案为:98.4、(2023•新高考Ⅰ)设等差数列SKIPIF1<0的公差为SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0.令SKIPIF1<0,记SKIPIF1<0,SKIPIF1<0分别为数列SKIPIF1<0,SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和.(1)若SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,求SKIPIF1<0的通项公式;(2)若SKIPIF1<0为等差数列,且SKIPIF1<0,求SKIPIF1<0.【解析】(1)SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0根据题意可得SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,又SKIPIF1<0,SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0;(2)SKIPIF1<0为等差数列,SKIPIF1<0为等差数列,且SKIPIF1<0,SKIPIF1<0根据等差数列的通项公式的特点,可设SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0;或设SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0,①当SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0时,则SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,又SKIPIF1<0,SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0;②当SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0时,则SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,又SKIPIF1<0,SKIPIF1<0此时SKIPIF1<0无解,SKIPIF1<0综合可得SKIPIF1<0.5、(2021•新高考Ⅱ)记SKIPIF1<0是公差不为0的等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和,若SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.(Ⅰ)求数列SKIPIF1<0的通项公式SKIPIF1<0;(Ⅱ)求使SKIPIF1<0成立的SKIPIF1<0的最小值.【解析】(Ⅰ)数列SKIPIF1<0是公差SKIPIF1<0不为0的等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和,若SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.根据等差数列的性质,SKIPIF1<0,故SKIPIF1<0,根据SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0,整理得SKIPIF1<0,可得SKIPIF1<0不合题意),故SKIPIF1<0.(Ⅱ)SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,即SKIPIF1<0,整理可得SKIPIF1<0,当SKIPIF1<0或SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0成立,由于SKIPIF1<0为正整数,故SKIPIF1<0的最小正值为7.6、(2021•甲卷(理))已知数列SKIPIF1<0的各项均为正数,记SKIPIF1<0为SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和,从下面①②③中选取两个作为条件,证明另外一个成立.①数列SKIPIF1<0是等差数列;②数列SKIPIF1<0是等差数列;③SKIPIF1<0.注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分.【解析】选择①③为条件,②结论.证明过程如下:由题意可得:SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,数列的前SKIPIF1<0项和:SKIPIF1<0,故SKIPIF1<0,据此可得数列SKIPIF1<0是等差数列.选择①②为条件,③结论:设数列SKIPIF1<0的公差为SKIPIF1<0,则:SKIPIF1<0,数列SKIPIF1<0为等差数列,则:SKIPIF1<0,即:SKIPIF1<0,整理可得:SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.选择③②为条件,①结论:由题意可得:SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0,则数列SKIPIF1<0的公差为SKIPIF1<0,通项公式为:SKIPIF1<0,据此可得,当SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0,当SKIPIF1<0时上式也成立,故数列的通项公式为:SKIPIF1<0,由SKIPIF1<0,可知数列SKIPIF1<0是等差数列.7、(2023•乙卷(文))记SKIPIF1<0为等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和,已知SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.(1)求SKIPIF1<0的通项公式;(2)求数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和SKIPIF1<0.【解析】(1)在等差数列中,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.SKIPIF1<0SKIPIF1<0,即SKIPIF1<0,得SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0.(2)SKIPIF1<0,即SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0,当SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0,当SKIPIF1<0时,数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和SKIPIF1<0,当SKIPIF1<0时,数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和SKIPIF1<0.1、在等差数列{an}中,a1=2,a5=3a3,则a3等于()A.-2B.0C.3D.6【答案】:A【解析】:a1=2,a5=3a3,得a1+4d=3(a1+2d),即d=-a1=-2,所以a3=a1+2d=-2,故选A.2、记等差数列{an}的前n项和为Sn.若a6=16,S5=35,则{an}的公差为()A.3B.2C.-2D.-3【答案】:A【解析】由等差数列性质可知,S5=eq\f(a1+a5,2)×5=5a3=35,解得a3=7,故d=eq\f(a6-a3,6-3)=3.故选A.3、SKIPIF1<0是等差数列,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则该数列前10项和SKIPIF1<0等于()A.64 B.100 C.110 D.120【答案】:B【解析】:设等差数列的公差为SKIPIF1<0,由a1+a2=4,a7+a8=28,可得:SKIPIF1<0解方程组可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0.故选:B4、(2023·江苏徐州·徐州市第七中学校考一模)已知正项等差数列SKIPIF1<0满足SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0是SKIPIF1<0与SKIPIF1<0的等比中项,则SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和SKIPIF1<0___________.【答案】SKIPIF1<0【解析】:设等差数列SKIPIF1<0的公差为SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0又因为SKIPIF1<0即SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0,又由SKIPIF1<0即SKIPIF1<0即SKIPIF1<0即SKIPIF1<0且正项等差数列SKIPIF1<0,即SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0故答案为:SKIPIF1<0.考向一等差数列中基本量的运算例1、(2022·福建省诏安县高三模拟试卷)数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和为SKIPIF1<0,已知SKIPIF1<0,则下列说法正确的是()A.SKIPIF1<0是递增数列 B.SKIPIF1<0C.当SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0 D.当SKIPIF1<0或4时,SKIPIF1<0取得最大值【答案】CD【解析】【详解】当SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0,又SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0是递减数列,故A错误;SKIPIF1<0,故B错误;当SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0,故C正确;因为SKIPIF1<0的对称轴为SKIPIF1<0,开口向下,而SKIPIF1<0是正整数,且SKIPIF1<0或SKIPIF1<0距离对称轴一样远,所以当SKIPIF1<0或SKIPIF1<0时,SKIPIF1<0取得最大值,故D正确.故选:CD.变式1、(2022年福建省永泰县高三模拟试卷)已知等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项和为SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0,则下列命题中正确的是()A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0C.SKIPIF1<0 D.数列SKIPIF1<0中最大项为SKIPIF1<0【答案】ABC【解析】【详解】SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,故A正确;又SKIPIF1<0,故B正确;SKIPIF1<0,故C正确;由SKIPIF1<0可得{Sn}中最大项为S6,故D错误.故选:ABC.变式2、(1)已知{an}为等差数列,a1+a3+a5=105,a2+a4+a6=99,则a20=________;【答案】1【解析】两式相减,可得3d=-6,则d=-2.由已知可得3a3=105,则a3=35,所以a20=a3+17d=35+(-34)=1.(2)已知递增的等差数列{an}满足a1=1,a3=aeq\o\al(2,2)-4,则an=________;【答案】2n-1【解析】设等差数列{an}的公差为d.由已知,得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a1=1,,a1+2d=(a1+d)2-4,))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a1=1,,d=±2.))因为等差数列{an}是递增的等差数列,所以eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a1=1,,d=2,))所以an=a1+(n-1)d=2n-1.(3)已知在等差数列{an}中,a1=1,a3=-3.①求数列{an}的通项公式;②若数列{an}的前k项和Sk=-35,求k的值.【解析】①设等差数列{an}的公差为d.由a1=1,a3=-3,得1+2d=-3,解得d=-2,故an=1+(n-1)×(-2)=3-2n.②由①知an=3-2n,所以Sn=eq\f(n[1+(3-2n)],2)=2n-n2.由Sk=-35,可得2k-k2=-35,解得k=7或k=-5.又k∈N*,故k=7.变式3、(2022年江苏省淮安市高三模拟试卷)记SKIPIF1<0为等差数列SKIPIF1<0的前n项和,已知SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.(1)求SKIPIF1<0的通项公式;(2)求SKIPIF1<0,并求SKIPIF1<0的最小值.【答案】(1)SKIPIF1<0(2)SKIPIF1<0,最小值为-15【解析】(1)设SKIPIF1<0的公差为SKIPIF1<0,由题意得SKIPIF1<0.由SKIPIF1<0得:SKIPIF1<0.所以SKIPIF1<0的通项公式为SKIPIF1<0;(2)由等差数列求和公式得:SKIPIF1<0,令SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,解得:SKIPIF1<0,令SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,解得:SKIPIF1<0,故当n=3时,SKIPIF1<0取得最小值,最小值为SKIPIF1<0方法总结:(1)a1,d是等差数列的基本量,把所给的条件代入等差数列的通项公式,可列出方程组,如果能把a1-1作为一个整体处理,则能简化运算.一般地,给出含有a1,d的两个独立条件,即可求出该等差数列的通项公式,进而求出其前n项和.(2)第(2)小问,充分利用等差数列的第二通项公式a5=a2+3d,a3=a2+d,则简化了运算.考向二等差数列的性质例2、(2020届北京市昌平区新学道临川学校上学期期中)已知等差数列SKIPIF1<0的前SKIPIF1<0项之和为SKIPIF1<0,前SKIPIF1<0项和为SKIPIF1<0,则它的前SKIPIF1<0项的和为()A.SKIPIF1<0B.SKIPIF1<0C.SKIPIF1<0D.SKIPIF1<0【答案】C【解析】由于等差数列SKIPIF1<0中SKIPIF1<0也成等差数列,即SKIPIF1<0成等差数列,所以SKIPIF1<0,故选C.变式1、(2020届山东省滨州市三校高三上学期联考)已知等差数列SKIPIF1<0的前n项和为SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0()A.SKIPIF1<0 B.1 C.SKIPIF1<0 D.2【答案】C【解析】由已知SKIPIF1<0,得SKIPIF1<0,故选:C.变式2、(1)若等差数列{an}的前17项和S17=51,则a5-a7+a9-a11+a13=________;【答案】3【解析】因为S17=eq\f(a1+a17,2)×17=17a9=51,所以a9=3.根据等差数列的性质,得a5+a13=a7+a11,所以a5-a7+a9-a11+a13=a9=3.(2)在等差数列{an}中,若a1+a4+a7=39,a3+a6+a9=27,则前9项和S9=________;【答案】99【解析】由等差数列的性质及a1+a4+a7=39,可得3a4=39,所以a4=13.同理,由a3+a6+a9=27,可得a6=9,所以S9=eq\f(9(a1+a9),2)=eq\f(9(a4+a6),2)=99.(3)已知等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,若eq\f(Sn,Tn)=eq\f(3n-2,2n+1),则eq\f(a7,b7)等于()A.eq\f(37,27)B.eq\f(19,14)C.eq\f(39,29)D.eq\f(4,3)【答案】A【解析】eq\f(a7,b7)=eq\f(2a7,2b7)=eq\f(a1+a13,b1+b13)=eq\f(\f(a1+a13,2)×13,\f(b1+b13,2)×13)=eq\f(S13,T13)=eq\f(3×13-2,2×13+1)=eq\f(37,27).变式3、(1)等差数列{an},{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,若对任意正整数n都有eq\f(Sn,Tn)=eq\f(2n-1,3n-2),则eq\f(a11,b6+b10)+eq\f(a5,b7+b9)的值为________.【答案】eq\f(29,43)【解析】eq\f(a11,b6+b10)+eq\f(a5,b7+b9)=eq\f(a11+a5,2b8)=eq\f(2a8,2b8)=eq\f(a8,b8),∴eq\f(a8,b8)=eq\f(S2×8-1,T2×8-1)=eq\f(S15,T15)=eq\f(2×15-1,3×15-2)=eq\f(29,43).(2)等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,若eq\f(Sn,Tn)=eq\f(3n-2,2n+1),则eq\f(an,bn)=________;【答案】eq\f(6n-5,4n-1)【解析】eq\f(an,bn)=eq\f(S2n-1,T2n-1)=eq\f(6n-5,4n-1).方法总结:如果{an}为等差数列,m+n=p+q,则am+an=ap+aq(m,n,p,q∈N*).因此,若出现am-n,am,am+n等项时,可以利用此性质将已知条件转化为与am(或其他项)有关的条件;若求am项,可由am=eq\f(1,2)(am-n+am+n)转化为求am-n,am+n或am-n+an+m的值.考向三等差数列的判定及证明例3、(2023·安徽宿州·统考一模)在数列SKIPIF1<0中,SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0.(1)令SKIPIF1<0,证明:数列SKIPIF1<0为等差数列,并求数列SKIPIF1<0的通项公式;(2)记数列SKIPIF1<0的前n项和为SKIPIF1<0,求SKIPIF1<0.【解析】(1)因为SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0,即SKIPIF1<0,又SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0,又SKIPIF1<0,所以,数列SKIPIF1<0为以1为首项,4为公差的等差数列,所以SKIPIF1<0.(2)因为SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0,即SKIPIF1<0所以SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0变式1、已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足a1=eq\f(1,2),an=-2SnSn-1(n≥2).(1)求证:数列eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,Sn)))是等差数列;(2)求Sn和an.【解析】(1)因为当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-2SnSn-1,①所以Sn(1+2Sn-1)=Sn-1.由上式可知,若Sn-1≠0,则Sn≠0.因为S1=a1≠0,由递推关系知Sn≠0(n∈N*),由①式,得eq\f(1,Sn)-eq\f(1,Sn-1)=2(n≥2),所以eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,Sn)))是等差数列,其中首项为eq\f(1,S1)=eq\f(1,a1)=2,公差为2.(2)由(1),得eq\f(1,Sn)=eq\f(1,S1)+2(n-1)=eq\f(1,a1)+2(n-1)=2n,所以Sn=eq\f(1,2n).当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-eq\f(1,2n(n-1));当n=1时,a1=S1=eq\f(1,2)不适合上式,所以an=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),n=1,,-\f(1,2n(n-1)),n≥2.))变式2、已知在数列{an}中,a1=eq\f(3,5),an=2-eq\f(1,an-1)(n≥2,n∈N*),数列{bn}满足bn=eq\f(1,an-1)(n∈N*).(1)求证:数列{bn}是等差数列;(2)求数列{an}中的最大项和最小项,并说明理由.【解析】(1)因为an=2-eq\f(1,an-1)(n≥2,n∈N*),bn=eq\f(1,an-1)(n∈N*),所以bn+1-bn=eq\f(1,an+1-1)-eq\f(1,an-1)=eq\f(1,2-\f(1,an)-1)-eq\f(1,an-1)=eq\f(an,an-1)-eq\f(1,an-1)=1.又b1=eq\f(1,a1-1)=-eq\f(5,2),所以数列{bn}是以-eq\f(5,2)为首项,1为公差的等差数列.(2)由(1)知bn=n-eq\f(7,2),则an=1+eq\f(1,bn)=1+eq\f(2,2n-7).设f(x)=1+eq\f(2,2x-7),则f(x)在区间eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-∞,\f(7,2)))和eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7,2),+∞))上为减函数.当1≤n≤3时,数列{an}递减且an<1;当n≥4时,数列{an}递减且an>1.故当n=3时,an取得最小值-1,当n=4时,an取得最大值3.等差数列的判定方法:(1)定义法:对于n≥2的任意自然数,验证an-an-1为同一常数;(2)等差中项法:验证2an-1=an+an-2(n≥3,n∈N*)成立;(3)通项公式法:验证an=pn+q;(4)前n项和公式法:验证Sn=An2+Bn.在解答题中常应用定义法和等差中项法,而通项公式法和前n项和公式法主要适用于选择题、填空题中的简单判断.1、(2022年广州番禺高三模拟试卷)我国古代的天文学和数学著作《周碑算经》中记载:一年有二十四个节气,每个节气唇(guǐ)长损益相同(暑是按照日影测定时刻的仪器,暑长即为所测量影子的长度),夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪是连续十二个节气,其日影子长依次成等差数列.经记录测算,夏至、处暑、霜降三个节气日影子长之和为16.5尺,这十二节气的所有日影子长之和为84尺,则夏至的日影子长为()尺.A.1 B.1.25 C.1.5 D.2【答案】C【解析】【详解】由题意知:十二个节气的日影子长依次成等差数列,设为SKIPIF1<0,公差为SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0即SKIPIF1<0,解得SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,所以夏至的日影子长为SKIPIF1<0尺,故选:C2、(2022年河北省张家口高三模拟试卷)已知等差数列SKIPIF1<0的前n项和为SKIPIF1<0,若SKIPIF1<0,且SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0()A.1 B.2 C.3 D.4【答案】B【解析】【详解】设等差数列的公差为SKIPIF1<0,由SKIPIF1<0,SKIPIF1<0得SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0故选:B3、(2023·浙江温州·统考三模)已知数列SKIPIF1<0各项为正数,SKIPIF1<0满足SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则(

)A.SKIPIF1<0是等差数列 B.SKIPIF1<0是等比数列C.SKIPIF1<0是等差数列 D.SKIPIF1<0是等比数列【答案】C【详解】因为数列SKIPIF1<0各项为正数,SKIPIF1<0满足SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,故对任意的SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,则SKIPIF1<0,所以,数列SKIPIF1<0的每一项都是正数,所以,SKIPIF1<0,可得SKIPIF1<0,由等差中项法可知,数列SKIPIF1<0是等差数列,故选:C.3、(多选)(2023·山西朔州·怀仁市第一中学校校考三模)已知等差数列S

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