高考数学必修知识讲解等比数列及其前n项和提高

等比数列及其前n项和编稿：张希勇 审稿：李霞 【学习目标】1.掌握等比数列的定义，理解等比中项的概念；掌握等比数列的通项公式及推导；2.掌握等比数列的性质和前n项和公式及公式证明思路；会用它们灵活解决有关等比数列的问题；3.能在具体的问题情境中，识别数列的等差关系或等比关系，并能用有关知识解决相应的问题；4.了解等比数列与指数函数的关系.【要点梳理】要点一、等比数列的定义一般地，如果一个数列从第二项起，每一项与它的前一项的比等于同一个常数，那么这个数列就叫做等比数列.这个常数叫做等比数列的公比；公比通常用字母表示（），即：.要点诠释：由于等比数列每一项都可能作分母，故每一项均不为0，因此q可不能是0；“从第二项起，每一项与它的前一项的比等于同一个常数”，这里的项具有任意性和有序性，常数是同一个；隐含条件：任一项且；“”是数列成等比数列的必要非充分条件；常数列都是等差数列，但不一定是等比数列。不为0的常数列是公比为1的等比数列；证明一个数列为等比数列，其依据.利用这种形式来判定，就便于操作了.要点二、等比中项如果三个数、成等比数列，那么称数为与的等比中项.其中。要点诠释：只有当与同号即时，与才有等比中项，且与有两个互为相反数的等比中项. 当与异号或有一个为零即时，与没有等比中项。任意两个实数与都有等差中项，且当与确定时，等差中项唯一. 但任意两个实数与不一定有等比中项，且当与有等比中项时，等比中项不唯一。当时，、成等比数列。是、成等比数列的必要不充分条件。要点三、等比数列的通项公式等比数列的通项公式首相为，公比为的等比数列的通项公式为：推导过程：（1）归纳法：根据等比数列的定义可得：；当n=1时，上式也成立归纳得出：（2）叠乘法：根据等比数列的定义可得：， 把以上个等式的左边与右边分别相乘（叠乘），并化简得：，即又a1也符合上式.(3)迭代法：.要点诠释：通项公式由首项和公比完全确定，一旦一个等比数列的首项和公比确定，该等比数列就唯一确定了。通项公式中共涉及、四个量，已知其中任意三个量，通过解方程，便可求出第四个量。等比数列的通项公式的推广已知等比数列中，第项为，公比为，则：证明：， 由上可知，等比数列的通项公式可以用数列中的任一项与公比来表示，通项公式可以看成是时的特殊情况。要点四、等比数列的前n项和公式等比数列的前n项和公式推导过程：（1）利用等比性质由等比数列的定义，有根据等比性质，有当时，或.（2）错位相减法等比数列的前n项和，当时，；当时，由得：或.即要点诠释： 错位相减法是一种非常常见和重要的数列求和方法，适用于一个等差数列和一个等比数列对应项的积组成的数列求和问题，要求理解并掌握此法.在求等比数列前项和时，要注意区分和.当时，等比数列的两个求和公式，共涉及、五个量，已知其中任意三个量，通过解方程组，便可求出其余两个量.要点五、等比数列的性质设等比数列的公比为若，且,则，特别地，当时.下标成等差数列且公差为的项,组成的新数列仍为等比数列，公比为.若，是项数相同的等比数列，则、（是常数且）、(,是常数)、也是等比数列；连续项和（不为零）仍是等比数列.即,，成等比数列.要点六、等比数列中的函数关系等比数列中，若设,则：（1）当时，等比数列是非零常数列。它的图象是在直线上均匀排列的一群孤立的点.（2）当时，等比数列的通项公式是关于的指数型函数；它的图象是分布在曲线（）上的一些孤立的点.当且时，等比数列是递增数列；当且时，等比数列是递减数列；当且时，等比数列是递减数列；当且时，等比数列是递增数列。（3）当时，等比数列是摆动数列。要点诠释：常数列不一定是等比数列，只有非零常数列才是公比为1的等比数列.【典型例题】类型一：等比数列的定义与通项公式例1已知数列的首项为，证明：数列是等比数列.【解析】由得，又数列是首项为，公比为的等比数列.【总结升华】证明一个数列为等比数列，要紧扣定义，这里是采用了转化与化归的策略.举一反三：【变式1】已知数列中判断数列是等比数列，并说明理由【答案】是等比数列，数列是首项为2，公比为-2的等比数列【高清课堂：等比数列及其前n项和 381054 典型例题例1】【变式2】设是公比为的等比数列，令，若数列有连续四项在集合中，则 【答案】由题知有连续的四项在集合中，则必有-54，-24为相隔两项，又，类型二：等比数列的通项例2等比数列中，, ,求.【思路点拨】等比数列的计算，一般优先考虑使用性质，使计算简捷。【解析】法一：设此数列公比为，则由(2)得：.(3) .由(1)得： , .(4)(3)(4)得：， ,解得或当时，；当时，.法二：,又, 、为方程的两实数根， 或 , 或.【总结升华】 列方程（组）求解是等比数列的基本方法，同时利用性质可以减少计算量；解题过程中具体求解时，要设法降次消元，常常整体代入以达降次目的，故较多变形要用除法（除式不为零）.举一反三：【变式1】an为等比数列，an0，且a1a89=16，求a44a45a46的值。【答案】64；，又an0，a45=4。【变式2】已知等比数列，若，求.【答案】或；【变式3】（2016 全国I高考）设等比数列满足a1+a3=10，a2+a4=5，则a1a2an的最大值为 .【答案】设等比数列an的公比为q（q0），由得，解得。所以，于是当n=3或n=4时，a1a2an取得最大值26=64。类型二：等比数列的前n项和公式例3设等比数列an的前n项和为Sn，若S3+S6=2S9，求数列的公比q.【思路点拨】使用等比数例的求和公式Sn时，应首先考虑分q=1 、q1两种情况。【解析】若q=1，则有S3=3a1，S6=6a1，S9=9a1.因a10，得S3+S62S9，显然q=1与题设矛盾，故q1.由得，整理得q3(2q6-q3-1)=0，由q0，得2q6-q3-1=0，从而(2q3+1)(q3-1)=0，因q31，故，所以【总结升华】利用等比数列求和公式列出方程，通过解方程求出q是这类问题的常用方法.举一反三：【变式1】已知：an为等比数列，a1a2a3=27，S3=13，求S5.【答案】；，则a1=1或a1=9.【变式2】(2014 天津)设an是首项为a1，公差为1的等差数列，Sn为其前n项和，若S1，S2，S4成等比数列，则a1的值为【答案】由题意可得，ana1(n1)(1)a11n，Sn再根据若S1，S2，S4成等比数列，可得 S1S4，即 (2a11)2a1(4a16)，解得 a1，类型三：等比数列的性质例4. 等比数列中，若,求.【解析】 是等比数列， 【总结升华】本例考查了两点，一是对数式的运算法则，一是等比数列的性质.举一反三：【变式1】若等比数列满足，则公比为（A）2 （B）4 （C）8 （D）16【答案】选B，因为等比数列满足， 所以 得又因为，所以【变式2】在和之间插入三个数，使这五个数成等比数列，则插入的三个数的乘积为_。【答案】216；法一：设这个等比数列为，其公比为，。法二：设这个等比数列为，公比为，则，加入的三项分别为，由题意，也成等比数列，故，。类型四：等比数列前n项和公式的性质例5在等比数列中，已知，求.【思路点拨】等差数列中也有类似的题目，我们仍然采用等差数列的解决办法，即等比数列中前k项和，第2个k项和，第3个k项和，第n个k项和仍然成等比数列。【解析】法一：令b1=Sn=48, b2=S2n-Sn=60-48=12，b3=S3n-S2n观察b1=a1+a2+an,b2=an+1+an+2+a2n=qn(a1+a2+an)，b3=a2n+1+a2n+2+a3n=q2n(a1+a2+an)易知b1,b2,b3成等比数列，S3n=b3+S2n=3+60=63.法二：，由已知得得，即 代入得，.法三：为等比数列，也成等比数列，.【总结升华】性质的应用有些时候会更方便快捷.举一反三：【变式1】等比数列中，公比q=2, S4=1,则S8=_.【答案】17；S8=S4+a5+a6+a7+a8=S4+a1q4+a2q4+a3q4+a4q4=S4+q4(a1+a2+a3+a4)=S4+q4S4=S4(1+q4)=1(1+24)=17【变式2】已知等比数列的前n项和为Sn, 且S10=10, S20=40,求：S30=？【答案】130；【变式3】等比数列中，若a1+a2=324, a3+a4=36, 则a5+a6=_.【答案】4；令b1=a1+a2=a1(1+q)，b2=a3+a4=a1q2(1+q),b3=a5+a6=a1q4(1+q), 易知：b1, b2, b3成等比数列，b3=4,即a5+a6=4.【变式4】等比数列中，若a1+a2+a3=7,a4+a5+a6=56, 求a7+a8+a9的值。【答案】448；an是等比数列，(a4+a5+a6)=(a1+a2+a3)q3,q3=8, a7+a8+a9=(a4+a5+a6)q3=568=448.类型五：等差等比数列的综合应用【高清课堂：等比数列及其前n项和381054 典型例题例2】例6已知是各项均为正数的等比数列，且，【思路点拨】等比数列的计算，一般优先考虑使用性质，如果不宜用性质，则回归为基本量a1、q的问题，列出a1、q的方程组。 (1)求的通项公式.(2)设，求数列的前项和.【答案】(1)由题中条件可得解得：数列的通项为（2）由（1）知数列的通项为，【总结升华】分清等差，等比的概念，选择适当的设法是解决这类问题的关键.例7. (2014 江西)已知数列an的前n项和，nN*(1)求数列an的通项公式；(2)证明：对任意的n1，都存在mN*，使得a1，an，am成等比数列【答案】 (1)an3n2；(2)见解析【解析】(1)，nN*当n2时，(*)当n1时，因此当n1时，(*)也成立数列an的通项公式an3n2(2)证明：对任意的n1，假设都存在mN*，使得a1，an，am成等比数列则an2a1am，(3n2)21(3m2)，化为m3n24n2，n1，因此对任意的n1，都存在m3n24n2N*，使得a1，an，am成等比数列举一反三：【变式1】等比数列an的前n项和为Sn，已知S1，S3，S2成等差数列(1)求an的公比q；(2)若a1a33，求Sn.【答案】(1)依题意有2S3S1S2，即a1(a1a1q)2(a1a1qa1q2)，