第40讲、数列的基本知识与概念（教师版）

第40讲数列的基本知识与概念知识梳理知识点一、数列的概念（1）数列的定义：按照一定顺序排列的一列数称为数列，数列中的每一个数叫做这个数列的项．（2）数列与函数的关系：从函数观点看，数列可以看成以正整数集（或它的有限子集）为定义域的函数当自变量按照从小到大的顺序依次取值时所对应的一列函数值．（3）数列有三种表示法，它们分别是列表法、图象法和通项公式法．知识点二、数列的分类（1）按照项数有限和无限分：（2）按单调性来分：知识点三、数列的两种常用的表示方法（1）通项公式：如果数列的第项与序号之间的关系可以用一个式子来表示，那么这个公式叫做这个数列的通项公式．（2）递推公式：如果已知数列的第1项（或前几项），且从第二项（或某一项）开始的任一项与它的前一项（或前几项）间的关系可以用一个公式来表示，那么这个公式就叫做这个数列的递推公式．【解题方法总结】（1）若数列的前项和为，通项公式为，则注意：根据求时，不要忽视对的验证．（2）在数列中，若最大，则若最小，则必考题型全归纳题型一：数列的周期性例1．（2024·全国·高三专题练习）在数列中，已知，，，且，则（

）A． B． C． D．【答案】C【解析】由，可得，因为，所以，整理得，由于，解得，从而，，可知，因为，所以．故选：C．例2．（2024·全国·高三专题练习）在数列中，，对所有的正整数都有，则（

）A．

B．

C．

D．【答案】B【解析】由得，两式相加得，，是以6为周期的数列，而，.故选：B.例3．（2024·江西赣州·高三校联考阶段练习）斐波那契数列可以用如下方法定义：，且，若此数列各项除以4的余数依次构成一个新数列，则数列的第100项为（

）A．0 B．1 C．2 D．3【答案】D【解析】由题意有，且，若此数列各项除以4的余数依次构成一个新数列，则，，，，，，，，，则数列是以6为周期的周期数列，则，则数列的第100项为3，故选：．变式1．（2024·全国·高三对口高考）已知数列中，，则（

）A． B． C．2 D．1【答案】A【解析】数列中，，可知，，，故数列是以3为最小正周期的周期数列，所以.故选：A变式2．（2024·全国·高三对口高考）设函数定义如下，数列满足，且对任意自然数均有，则的值为（

）x1234541352A．1 B．2 C．4 D．5【答案】B【解析】由对任意自然数均有，且，可得，，，，，，所以数列是项为周期的周期数列，且前四项分别为，所以.故选：B.变式3．（2024·安徽合肥·合肥一六八中学校考模拟预测）在数列中，已知，当时，是的个位数，则（

）A．4 B．3 C．2 D．1【答案】C【解析】因为，当时，是的个位数，所以，，，，，，，，，，可知数列中，从第3项开始有，即当时，的值以6为周期呈周期性变化，又，故.故选：C.变式4．（2024·北京通州·统考三模）数列中，，则（

）A． B． C．2 D．4【答案】C【解析】因为，令，则，求得，令，则，求得，令，则，求得，令，则，求得，令，则，求得，令，则，求得，，所以数列的周期为，则.故选：C【解题方法总结】解决数列周期性问题的方法先根据已知条件求出数列的前几项，确定数列的周期，再根据周期性求值．题型二：数列的单调性例4．（2024·北京密云·统考三模）设数列的前n项和为，则“对任意，”是“数列为递增数列”的（

）A．充分不必要条件 B．必要不充分条件 C．充分必要条件 D．既不是充分也不是必要条件【答案】A【解析】数列中，对任意，，则，所以数列为递增数列，充分性成立；当数列为递增数列时，，即，所以，，如数列不满足题意，必要性不成立；所以“对任意，”是“数列为递增数列”的充分不必要条件.故选：A例5．（2024·全国·高三专题练习）已知数列满足，若存在实数，使单调递增，则的取值范围是（

）A． B． C． D．【答案】A【解析】由单调递增，得，由，得，∴.时，得①，时，得，即②，若，②式不成立，不合题意；若，②式等价为，与①式矛盾，不合题意.综上，排除B，C，D.故选：A例6．（2024·全国·高三专题练习）已知数列满足，若数列为单调递增数列，则的取值范围是（

）A． B． C． D．【答案】A【解析】由可得，两式相减可得，则，当时，可得满足上式，故，所以，因数列为单调递增数列，即，则整理得，令，则，当时，，当时，，于是得是数列的最大项，即当时，取得最大值，从而得，所以的取值范围为．故选：A变式5．（2024·天津武清·高三天津市武清区杨村第一中学校考开学考试）数列的通项公式为，则“”是“为递增数列”的（

）A．充分不必要条件 B．必要不充分条件C．既不充分也不必要条件 D．充要条件【答案】B【解析】由题意得数列为递增数列等价于对任意恒成立，即对任意恒成立，因为，且可以无限接近于0，所以，所以“”是“为递增数列”的必要不充分条件，故选：B变式6．（2024·全国·高三专题练习）已知数列的通项公式为，则“”是“数列为递增数列”的（

）A．充分不必要条件 B．必要不充分条件C．充要条件 D．既不充分也不必要条件【答案】C【解析】若数列为递增数列，则，即由，所以有，反之，当时，，则数列为递增数列，所以“”是“数列为递增数列”的充要条件，故选：C.变式7．（2024·江苏南通·高三期末）已知数列是递增数列，且，则实数t的取值范围是（

）A． B． C． D．【答案】C【解析】因为，是递增数列，所以，解得，所以实数t的取值范围为，故选：C变式8．（2024·全国·高三专题练习）已知数列满足，若是递增数列，则的取值范围是（

）A． B． C． D．【答案】A【解析】因为是递增数列，所以，即．如图所示，作出函数和的图象，由图可知，当时，，且．故当时，，且，依此类推可得，满足是递增数列，即的取值范围是．故选:A.变式9．（2024·甘肃张掖·高台县第一中学校考模拟预测）已知数列为递减数列，其前n项和，则实数m的取值范围是（

）．A． B． C． D．【答案】A【解析】因为，所以数列为递减数列，当时，，故可知当时，单调递减，故为递减数列，只需满足，即．故选：A【解题方法总结】解决数列的单调性问题的3种方法作差比较法根据的符号判断数列是递增数列、递减数列或是常数列作商比较法根据与1的大小关系进行判断数形结合法结合相应函数的图象直观判断题型三：数列的最大（小）项例7．（2024·湖南邵阳·邵阳市第二中学校考模拟预测）数列和数列的公共项从小到大构成一个新数列，数列满足：，则数列的最大项等于______.【答案】/1.75【解析】数列和数列的公共项从小到大构成一个新数列为：，该数列为首项为1，公差为的等差数列，所以，所以因为所以当时，，即，又，所以数列的最大项为第二项，其值为.故答案为：.例8．（2024·全国·高三专题练习）记为数列的前n项和，若，则的最小值为______．【答案】【解析】依题意，数列是首项为1，公比为2的等比数列，则，于是，令，则有，显然当时，，即，因此当时，数列是递增的，又，所以的最小值为.故答案为：例9．（2024·全国·高三专题练习）已知数列满足，，则的最小值为_________【答案】9【解析】由已知可得，，所以当时，有.则有，，，，两边分别相加可得，，所以.当时，满足条件.所以，，所以.设，根据对勾函数的性质可知，当时，单调递减；当时，单调递增.又，，所以，当或时，有最小值为9.故答案为：9.变式10．（2024·全国·高三专题练习）已知正项数列满足，，，若是唯一的最大项，则k的取值范围为______．【答案】【解析】因为，所以，又，，所以是首项为64，公比为k的等比数列，则，则，因为是唯一的最大项，所以，即，解得，即k的取值范围为.故答案为：.变式11．（2024·高三课时练习）数列的通项公式为若是中的最大项，则a的取值范围是______．【答案】【解析】当时，单调递增，因此时，取得最大值为，当时，，因为是中的最大项，所以解得，故答案为:.变式12．（2024·北京·高三北京八中校考阶段练习）数列中，，则此数列最大项的值是__________．【答案】【解析】设，则该数列当时，取最大值，又因为，而，故当或时，此数列取最大项，其值为，，故此数列最大项的值是：故答案为：变式13．（2024·全国·高三专题练习）已知，若数列中最小项为第3项，则______．【答案】【解析】因为开口向上，对称轴为，则由题意知，所以．故答案为：.变式14．（2024·全国·高三专题练习）已知数列的通项公式为，则的最小值为___________.【答案】/【解析】因为，易知数列为递增数列，所以数列的最小项为，即最小值为.故答案为：【解题方法总结】求数列的最大项与最小项的常用方法（1）将数列视为函数当x∈N*时所对应的一列函数值，根据f（x）的类型作出相应的函数图象，或利用求函数最值的方法，求出的最值，进而求出数列的最大（小）项．（2）通过通项公式研究数列的单调性，利用确定最大项，利用确定最小项．（3）比较法：若有或时，则，则数列是递增数列，所以数列的最小项为；若有或时，则，则数列是递减数列，所以数列的最大项为．题型四：数列中的规律问题例10．（2024·全国·高三专题练习）分形几何学是一门以不规则几何形态为研究对象的几何学，它的研究对象普遍存在于自然界中，因此又被称为“大自然的几何学”．按照如图1所示的分形规律，可得如图2所示的一个树形图．若记图2中第n行黑圈的个数为，则（

）A．110 B．128 C．144 D．89【解析】已知表示第n行中的黑圈个数，设表示第n行中的白圈个数，则由于每个白圈产生下一行的一个白圈和一个黑圈，一个黑圈产生下一行的一个白圈和2个黑圈，所以，，又因为，，所以，；，；，；，；，；．故选：C.例11．（2024·云南保山·统考二模）我国南宋数学家杨辉126l年所著的《详解九章算法》一书里出现了如图所示的表，即杨辉三角，这是数学史上的一个伟大成就.杨辉三角也可以看做是二项式系数在三角形中的一种几何排列，若去除所有为1的项，其余各项依次构成数列2，3，3，4，6，4，5，10，10，5，…，则此数列的第56项为（

）

A．11 B．12 C．13 D．14【解析】由题意可知：若去除所有的为1的项，则剩下的每一行的个数为1，2，3，4，...，可以看成构成一个首项为1，公差为1的等差数列，则，可得当，所有项的个数和为55，第56项为12，故选：B.例12．（2024·全国·高三专题练习）古希腊毕达哥拉斯学派的数学家研究过各种多边形数.如三角形数1，3，6，10，第n个三角形数为.记第n个k边形数为，以下列出了部分k边形数中第n个数的表达式：三角形数：；正方形数：；五边形数：；六边形数：，可以推测的表达式，由此计算（

）A．4020 B．4010 C．4210 D．4120【解析】由题意可得：，，，.由此可归纳，所以，故选：B.变式15．（2024·全国·高三专题练习）古希腊科学家毕达哥拉斯对“形数”进行了深入的研究，若一定数目的点或圆在等距离的排列下可以形成一个等边三角形，则这样的数称为三角形数，如1，3，6，10，15，21，…这些数量的点都可以排成等边三角形，∴都是三角形数，把三角形数按照由小到大的顺序排成的数列叫做三角数列类似地，数1，4，9，16，…叫做正方形数，则在三角数列中，第二个正方形数是（

）A．28 B．36 C．45 D．55【解析】由题意可得，三角数列的通项为，则三角数列的前若干项为1，3，6，10，15，21，28，36，45，55，….，设正方形数按由小到大的顺序排成的数列为，则，其前若干项为1，4，9，16，25，36，49，…，∴在三角数列中，第二个正方形数是36.故选：B.变式16．（2024·全国·高三专题练习）早在3000年前，中华民族的祖先就已经开始用数字来表达这个世界．在《乾坤谱》中，作者对易传“大衍之数五十”进行了一系列推论，用来解释中国传统文化中的太极衍生原理，如图．该数列从第一项起依次是0，2，4，8，12，18，24，32，40，50，60，72，…，若记该数列为，则（

）A．2018 B．2020 C．2022 D．2024【解析】由题设中的数据可知数列满足：，，故，故选：B．变式17．（2024·全国·高三专题练习）观察下列各式：；；；；；则（

）A．28 B．76 C．123 D．10【解析】设则通过观察不难发现：从而故，故选：C.变式18．（2024·全国·高三专题练习）古希腊科学家毕达哥拉斯对“形数”进行了深入的研究，若一定数目的点或圆在等距离的排列下可以形成一个等边三角形，则这样的数称为三角形数，如1，3，6，10，15，21，…这些数量的点都可以排成等边三角形，∴都是三角形数，把三角形数按照由小到大的顺序排成的数列叫做三角数列．类似地，数1，4，9，16，…叫做正方形数，则在三角数列中，第二个正方形数是（）A．36 B．25 C．49 D．64【解析】由题意可得，三角数列的通项为，则三角数列的前若干项为1，3，6，10，15，21，28，36，45，55，…，设正方形数按由小到大的顺序排成的数列为，则，其前若干项为1，4，9，16，25，36，49，…，∴在三角数列中，第二个正方形数是36．故选：A．【解题方法总结】特殊值法、列举法找规律题型五：数列的恒成立问题例13．（2024·全国·高三专题练习）已知数列的通项公式，前n项和是，对于，都有，则k＝______．【答案】5【解析】如图，为和的图象，设两个交点为，，因为，所以，因为，，所以，结合图象可得，当时，，即，当时，，即，所以当时，取得最大值，即.故答案为：5.例14．（2024·全国·高三专题练习）已知数列满足，若恒成立，则实数k的最小值为______．【答案】/1.5【解析】∵，∴数列为单调递减数列，．从而，即k的最小值为．故答案为：例15．（2024·河南郑州·高三校联考阶段练习）数列满足(，且)，，对于任意有恒成立，则的取值范围是___________.【答案】【解析】从而可得即，因为，所以.故答案为：变式19．（2024·全国·高三专题练习）数列满足，若不等式恒成立，则实数的取值范围是（）A． B． C． D．【答案】B【解析】，∵不等式恒成立，∴，解得，故选：B．变式20．（2024·河北唐山·高三唐山一中校考阶段练习）数列满足，，若不等式，对任何正整数恒成立，则实数的最小值为A． B． C． D．【答案】A【解析】依题意，由此可知，所以，所以，对任何正整数恒成立，即．考点：数列与不等式．【解题方法总结】分离参数，转化为最值问题．题型六：递推数列问题例16．（2024·全国·高三专题练习）设数列满足，且，则数列的前2009项之和为______.【答案】/【解析】由，得，则，，∴数列是以4为周期的数列，.由可得，，.故答案为：.例17．（2024·全国·高三专题练习）正项数列中，，，猜想通项公式为_________．【答案】【解析】方法一:由得，所以为等差数列，且公差为3，首项为1，故，故，方法二：由得，，由此可猜想故答案为：例18．（2024·广东佛山·统考模拟预测）数列满足，，写出一个符合上述条件的数列的通项公式______.【答案】（答案不唯一）【解析】由得：，则当时，，，故满足递推关系，又，满足，满足条件的数列的一个通项公式为：.故答案为：（答案不唯一）.变式21．（2024·全国·模拟预测）斐波那契数列由意大利数学家斐波那契以兔子繁殖为例引入，故又称为“兔子数列”，即1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89，144，233，…．在实际生活中，很多花朵（如梅花、飞燕草、万寿菊等）的瓣数恰是斐波那契数列中的数，斐波那契数列在现代物理及化学等领域也有着广泛的应用．斐波那契数列满足：，，则是斐波那契数列中的第______项．【答案】【解析】由可得.故答案为：.变式22．（2024·全国·高三专题练习）将一个2021边形的每个顶点染为红、蓝、绿三种颜色之一，使得相邻顶点的颜色互不相同．问：有多少种满足条件的染色方法？【解析】记一个n边形的每个顶点染为红、蓝、绿三种颜色之一，使得相邻顶点的颜色互不相同的方法数为．易知，．对于任意一