2023年新高考数学大一轮复习专题23数列的基本知识与概念(解析版)43530.pdf
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1、 专题 23 数列的基本知识与概念 【考点预测】1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N(或它的有限子集12n,)为定义域的函数()naf n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 2数列的分类(1)按照项数有限和无限分:(2)按单调性来分:111()nnnnnnaaaaaaC递增数列:递减数列:,常数列:常数摆动数列 3数列的两种常用的表示方法(1)通项公式:如果数列na的第n项与序号n之间的关系可
2、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na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【方法技巧与总结】(1)若数列na的前n项和为nS,通项公式为na,则1112nnnSnaSSnnN,注意:根据nS求na时,不要忽视对1n 的验证(2)在数列na中,若na最大,则11nnnnaaaa,若na最小,则11.nnnnaaaa 【题型归纳目录】题型一:数列的周期性 题型二:数列的单调性 题型三:数列的最大(小)项 题型四:数列中的规律问题 题型五
3、:数列的最值问题 【典例例题】题型一:数列的周期性 例 1已知无穷数列 na满足21Nnnnaaax,且11a,2axxZ,若数列 na的前 2020 项中有 100 项是 0,则下列哪个不能是x的取值()A1147 B1148 C1142 D1143【答案】B【分析】当0 x 时,分别令1,2,3,x,可求出数列 na的前 2020 项中 0 的个数,进而得出规律,可求出满足题意的x的取值;当0 x 时,分别令1,2,3,x ,可求出数列 na的前 2020 项中 0 的个数,进而得出规律,可求出满足题意的x的取值【详解】当0 x 时,若0 x,则数列 na的各项为1,0,1,1,0,1,1
4、,0,1,,此时数列 na为周期数列,周期为 3,由20203 673 1,可知数列 na的前 2020 项中有 673 项为 0;若1x,则数列 na的各项为1,1,0,1,1,0,1,1,0,,此时数列 na为周期数列,周期为 3,由20203 673 1,可知数列 na的前 2020 项中有 673 项为 0;若2x,则数列 na的各项为1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,0,,此时数列 na从第 3 项开始为周期数列,周期为 3,由20202201823 6722,可知数列 na的前 2020 项中有 672 项为 0;若3x,则数列 na的各项为1,3,2,1,1,0,1,1,0
5、,1,1,0,,此时数列 na从第 4 项开始为周期数列,周期为 3,由2020320173 3 672 1 ,可知数列 na的前 2020 项中有 672 项为 0;若4x,则数列 na的各项为1,4,3,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,0,,此时数列 na从第 6 项开始为周期数列,周期为 3,由2020520155 3 6712 ,可知数列 na的前 2020 项中有 671 项为 0;依次类推,可知当2 673 1001146x,或1147x 时,数列 na的前 2020 项中有 100 项是 0;当0 x 时,若1x,则数列 na的各项为1,1,2,3,1,2,1,1,0,1
6、,1,0,1,1,0,,此时数列 na从第 7 项开始为周期数列,周期为 3,由20206201463 671 1,可知数列 na的前 2020 项中有 671 项为 0;若2x,则数列 na的各项为1,2,3,5,2,3,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,0,,此时数列 na从第 9 项开始为周期数列,周期为 3,由2020820128 3 6702 ,可知数列 na的前 2020 项中有 670 项为 0;若3x ,则数列 na的各项为1,3,4,7,3,4,1,3,2,1,1,0,1,1,0,1,1,0,,此时数列 na从第 10 项开始为周期数列,周期为 3,由202092011
7、93 670 1,可知数列 na的前 2020 项中有 670 项为 0;若4x,则数列 na的各项为1,4,5,9,4,5,1,4,3,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,0,,此时数列 na从第 12 项开始为周期数列,周期为 3,由202011 200911 3 6692,可知数列 na的前 2020 项中有 669 项为 0;依次类推,可知当2 671 1001142x ,或1143x 时,数列 na的前 2020 项中有 100 项是 0 综上所述,若数列 na的前 2020 项中有 100 项是 0,则x可取的值有1146,1147,1142,1143 故选:B【点睛】本题考查
8、无穷数列,解题的关键是通过条件21Nnnnaaax探究数列 na的性质,利用赋值法分别令1,2,3,x 和1,2,3,x ,可分别求出数列 na的前 2020 项中 0 的个数,进而得出规律考查学生的推理能力与计算求解能力,属于难题 例 2若 x表示不超过x的最大整数(如2.52,44,2.53),已知2107nna,11ba,*110,2nnnbaannN,则2019b()A2 B5 C7 D8【答案】B【分析】求出1b,2b,3b,4b,5b,6b,判断出 nb是一个以周期为 6 的周期数列,求出即可【详解】解:2107nna*111(102)nnnbabaannN,112027ab,22
9、00287a,2281028b,同理可得:332855ab,;4428577ab,;55285711ab,662857144ab,;72857142a,72b,6nnbb 故 nb是一个以周期为 6 的周期数列,则20196 336 335bbb 故选:B【点睛】本题考查周期数列的判断和取整函数的应用 例 3数列 na满足12a,111nnnaaa,其前n项积为nT,则10T等于()A16 B16 C6 D6【答案】D【分析】依次代入1,2,3,4n 可得 na是以4为周期的周期数列,由1231nnnna aaa可推导得到结果【详解】当1n 时,121131aaa;当2n 时,2321112a
10、aa;当3n 时,3431113aaa;当4n 时,454121aaa;,数列 na是以4为周期的周期数列,1231123123nnnna aaanN ,10891012236TT a aa a 故选:D 例 4若数列 na满足1222aa,且21nnnaaa,则 na的前 100 项和为()A67 B68 C134 D167【答案】B【分析】由题意得122,1aa,根据21nnnaaa,列举数列的项,得到数列从第 2 项起,3 项一个循环求解【详解】因为1222aa,所以122,1aa,因为21nnnaaa,所以数列的项依次为 2,1,1,0,1,1,0,所以从第 2 项起,3 项一个循环,
11、所以 na的前 100 项的和为233(110)68,故选:B 例 5数列na满足112,0,2121,1,2nnnnnaaaaa若125a,则2021a等于()A15 B25 C35 D45【答案】B【分析】根据数列定义求出数列的前几项后得出数列是周期数列,从而求值【详解】因为12152a,所以23454312,5555aaaa,所以数列具有周期性,周期为 4,所以2021125aa 故选:B【点睛】本题考查数列的周期性,此类问题的解法是由定义求出数列的前几项,然后归纳出周期性 例6 已知数列 na满足,111122,32nnnnnaaaaa*(,1)nNn,若1(2,3)a 且记数列 na
12、的前n项和为nS,若2019mS,则2019S的值为()A60572 B3028 C60552 D3029【答案】C【分析】根据递推公式可逐个代入计算,得出数列 na的周期为 4,再根据2019mS与前两项的范围可求得52a,再分组求和求解2019S即可【详解】设1(23)aaa,由11112232nnnnnaaaaa,*(,1)nNn,得22(0,1)aa,3235(2,3)aaa,435423(0,1),3(2,3)aaaaaa 故数列 na的周期为 4,即可得41234,6nnaa aaaa 12336632019mmSaaa,又1(23)aaa,22(0,1)aa(2)3aa,即52a
13、 12311201950443,32aaaa,2019116059504622S 故选:C【点睛】本题考查数列分组求和、分类讨论方法,考查推理能力与计算能力,考查逻辑推理与数学运算核心素养属于中档题 例 7(2022广东汕头三模)已知数列 na中,114a ,当1n时,111nnaa,则2022a()A14 B45 C5 D45【答案】B【解析】由题意得:2341231141115,1,154aaaaaa ,则数列 na的周期为 3,则2022674 3345aaa 故选:B 例 8(2022河北沧县中学高三阶段练习)已知数列 na中,1112nnnaaan,12a,则10a等于()A12 B
14、12 C-1 D2【答案】D【解析】解:12a,1112nnnaaan,1112nnana,211122a ,31 21a ,4112a ,511122a ,数列 na是以 3 为周期的周期数列,103 3 1 ,101aa,故选:D 题型二:数列的单调性 例 9(2022四川达州二模(理)已知单调递增数列 na满足9,102121,109nnmnamnn,则实数m的取值范围是()A12,B1,12 C1,9 D9,【答案】B【解析】na为单调递增数列,10912109mmaa,即12109219219mmmm ,解得:112m,即实数m的取值范围为1,12 故选:B 例 10(2022河南温
15、县第一高级中学高三阶段练习(文)已知函数 633,7,7xa xxf xax,若数列 na满足*naf nnN且 na是递增数列,则实数a的取值范围是()A9,34 B9,34 C2,3 D2,3【答案】C【解析】因为数列 na是单调递增数列,则函数 6xf xa在7,上为增函数,可得1a,函数 33f xa x在1,7上为增函数,可得30a,可得3a,且有78aa,即8 67 33187aaa,即27180aa,解得9a 或2a 综上所述,23a 故选:C 例 11(2022浙江高三专题练习)已知数列na的首项为11a,2aa,且121(2,)nnaannnN,若数列na单调递增,则a的取值
16、范围为()A12a B23a C3522a D1322a【答案】C【解析】当2,nnN时,121(1)nnaan,因此有2123(2)nnaan,(2)(1)得:22nnaa,说明该数列从第 2 项起,偶数项和奇数项都成等差数列,且它们的公差都是 2,由121nnaan可得:345,2aa aa,因为数列na单调递增,所以有1234aaaa,即152aaa,解得:3522a,故选:C 例 12(2022全国高三专题练习)已知等比数列 na前n项和nS满足113nnSA(AR),数列 nb是递增的,且2nbAnBn,则实数B的取值范围为()A2,3 B1,C1,D1,3【答案】C【解析】解:因为
17、等比数列 na前n项和nS满足113nnSA(AR),所以1119aSA,221(127)(19)18aSSAAA,332(181)(127)54aSSAAA,因为等比数列 na中2213aa a,所以2(18)(19)(54)AAA,解得13A或0A(舍去),所以213nbnBn,因为数列 nb是递增的,所以22111(1)(1)033nnbbnB nnBn,所以2133Bn,因为*nN,所以1B ,故选:C 例 13(2022全国高三专题练习(理)已知数列 na满足712,83,8nna nnananN,若对于任意nN都有1nnaa,则实数a的取值范围是()A10,3 B10,2 C1,1
18、2 D1 1,3 2【答案】C【解析】由条件可得011031923aaaa,解出即可【详解】因为对于任意nN都有1nnaa,所以011031923aaaa,解得112a 故选:C 例 14(2022全国高三专题练习)设数列na的通项公式为2nanbn,若数列na是单调递增数列,则实数b的取值范围为()A(2,)B 2,)C(3,)D(,3)【答案】C【解析】由数列na是单调递增数列,可得10nnaa,从而有21bn 恒成立,由n+N,可求得b的取值范围【详解】由数列na是单调递增数列,所以10nnaa,即22(1)(1)210nb nnbnnb,即21bn(n+N)恒成立,又数列(21)n是单
19、调递减数列,所以当1n 时,(21)n取得最大值3,所以3b 故选:C【方法技巧与总结】解决数列的单调性问题的 3 种方法 作差比较法 根据1nnaa的符号判断数列 na是递增数列、递减数列或是常数列 作商比较法 根据1(00)nnnnaaaa或与 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 15已知数列 na的首项为 1,且*111nnn aannN,则na的最小值是()A12 B1 C2 D3【答案】B【分析】根据111nnn aan得出11nnnanan,然后通过累加法求出1122nnan,根据均值不等式及nN,即可求出结果【详解】由1
20、11nnn aan得11nnnanan 所以1122111122nnnnnnananaaananaa 则 1111121 11122nnnn nnnan 所以111111222222nnnnan 当且仅当2n 时等号成立,因为nN,故取1a或2a最小,又121aa,所以na的最小值为 1 故选:B【点睛】思路点睛:本题通过累加法求数列通项公式,根据均值不等式及nN,求得最值 例 16已知数列 na满足110a ,12nnaan,则nan的最小值为()A210-1 B11 2 C16 3 D27 4【答案】C【分析】先根据累加法得210nann,进而得101nannn,再结合函数 101fxxx
21、的单调性即可得当3n 时,nan的最小值为163【详解】解:由12nnaan得12nnaan,所以121nnaan,1222nnaan,2323nnaan,3222aa,212 1aa,累加上述式子得:121232 11naannnn n,所以210nann,2n,检验已知1n 时,210nann满足 故210nann,101nannn,由于函数 101fxxx在区间0,10上单调递减,在10,上单调递增,又因为*xN,当3n 时,10163133nan,当4n 时,10114142nan,所以nan的最小值为163 故选:C 例 17已知数列 na的前n项和nS,且2(1)nnSan,22n
22、annbS,则数列 nb的最小项为()A第 3 项 B第 4 项 C第 5 项 D第 6 项【答案】A【分析】由nS与na的关系1(1)nnnaSSn化简即可求出nS及na,可得nb,分析单调性即可求解【详解】1(1)nnnaSSn,1nnnSaS,则21(1)nSn,即2*(N)nSnn,22(1)21nannn 易知0nb,212+1+14422+1nnnnbbnn,(),2441422()(1)1nnbnnbnn 当211nn时,21n,当13n时,1nnbb,当3n时,1nnbb,又23132,281bb,当3n 时,nb有最小值 故选:A 例 18已知数列na的前 n 项和2212,
23、nSnn数列|na的前 n 项和,nT则nTn的最小值_【答案】5【分析】由nS和1nS的关系求出数列na的通项公式,再根据正负表示出数列|na的通项公式为144,13414,4nnnann,求出nT,并表示出nTn,再分别求出13n和4n 时的最小值,即可判断nTn的最小值【详解】由题意,数列na的前 n 项和2212nSnnnN,所以112 1210aS,当2n 时,12221221121414nnnnnnnSnaS,当1n 时,14 1 1410a,所以414nan,当13n时,0na,当4n 时,0na,所以144,13414,4nnnann,数列|na的前 n 项和nT,所以2221
24、2,1321236,4nnnnTnnn,当13n时,212nTnn,当3n 时,nTn的最小值为 6;当4n 时,36212nnTnn,由对勾函数的性质,当4n 时,nTn有最小值 5;综上所述,nTn的最小值为 5 故答案为:5【点睛】本题主要考查由nS求数列通项公式的求法、等差数列前n项和公式、对勾函数的应用,是一道综合性很强的题目,考查学生分析转化能力和计算能力,属于难题 例 19数列1nn,1n,2,中的最小项的值为_ 【答案】313【分析】构造函数 ln xf xx,利用函数单调性分析最大值,得出数列 nn的最大项,即可得解【详解】考虑函数 ln xf xx,21 ln xfxx,当
25、0 xe时,21ln0 xfxx,当xe时,21ln0 xfxx,所以 ln xf xx在0,e单调递增,在,e 单调递减,即 1lnlnxxfxxx在0,e单调递增,在,e 单调递减,所以lnxxxyex在0,e单调递增,在,e 单调递减,11236689,89,23 所以数列 nn的最大项为33,所以1nn的最小项为313 故答案为:313【点睛】此题考查求数列中的最小项,利用函数单调性讨论数列的最大项和最小项,涉及导函数处理单调性问题【方法技巧与总结】求数列的最大项与最小项的常用方法(1)将数列视为函数()f x当 xN*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
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