第一节 数列的概念与简单表示[基本知识]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,数列中的每一项都和它的序号有关,排在第一位的数称为这个数列的第1项(通常也叫做首项).2.数列的通项公式如果数列{a n }的第n 项与序号n 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. 3.数列的递推公式如果已知数列{a n }的第1项(或前几项),且任何一项a n 与它的前一项a n -1(或前几项)间的关系可以用一个式子来表示,即a n =f (a n -1)(或a n =f (a n -1,a n -2)等),那么这个式子叫做数列{a n }的递推公式.4.S n 与a n 的关系已知数列{a n }的前n 项和为S n ,则a n =⎩⎨⎧S 1,n =1,S n -S n -1,n ≥2,这个关系式对任意数列均成立.[基本能力]一、判断题(对的打“√”,错的打“×”) (1)所有数列的第n 项都能使用公式表达.( )(2)根据数列的前几项归纳出数列的通项公式可能不止一个.( )(3)若已知数列{a n }的递推公式为a n +1=12a n -1,且a 2=1,则可以写出数列{a n }的任何一项.( )(4)如果数列{a n }的前n 项和为S n ,则对∀n ∈N *,都有a n +1=S n +1-S n .( ) 答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)×二、填空题1.数列{a n }中,a 1=2,且a n +1=12a n -1,则a 5的值为________.解析:由a 1=2,a n +1=12a n -1,得a 2=12a 1-1=1-1=0,a 3=12a 2-1=0-1=-1,a 4=12a 3-1=-12-1=-32,a 5=12a 4-1=-34-1=-74. 答案:-742.数列{a n }定义如下:a 1=1,当n ≥2时,a n =⎩⎪⎨⎪⎧1+a 2n,n 为偶数,1a n -1,n 为奇数,若a n =14,则n 的值为________.解析:困为a 1=1,所以a 2=1+a 1=2,a 3=1a 2=12,a 4=1+a 2=3,a 5=1a 4=13,a 6=1+a 3=32,a 7=1a 6=23,a 8=1+a 4=4,a 9=1a 8=14,所以n =9.答案:93.数列{a n }的通项公式a n =1n +n +1,则10-3是此数列的第________项.解析:a n =1n +1+n =n +1-n(n +1+n )(n +1-n )=n +1-n ,∵10-3=10-9,∴10-3是该数列的第9项. 答案:94.已知S n 是数列{a n }的前n 项和,且S n =n 2+1,则数列{a n }的通项公式是____________.答案:a n =⎩⎨⎧2,n =1,2n -1,n ≥2[全析考法]考法一 利用a n 与S n 的关系求通项数列{a n }的前n 项和S n 与通项a n 的关系为a n =⎩⎨⎧S 1,n =1,S n -S n -1,n ≥2,通过纽带:a n =S n -S n -1(n ≥2),根据题目已知条件,消掉a n 或S n ,再利用特殊形式(累乘或累加)或通过构造成等差数列或者等比数列求解.[例1] (1)(2019·化州模拟)已知S n 为数列{a n }的前n 项和,且log 2(S n +1)=n +1,则数列{a n }的通项公式为____________.(2)(2019·广州测试)已知数列{a n }的各项均为正数,S n 为其前n 项和,且对任意n ∈N *,均有a n ,S n ,a 2n 成等差数列,则a n =____________.[解析] (1)由log 2(S n +1)=n +1,得S n +1=2n +1, 当n =1时,a 1=S 1=3;当n ≥2时,a n =S n -S n -1=2n ,所以数列{a n }的通项公式为a n =⎩⎨⎧3,n =1,2n ,n ≥2.(2)∵a n ,S n ,a 2n 成等差数列,∴2S n =a n +a 2n .当n =1时,2S 1=2a 1=a 1+a 21. 又a 1>0,∴a 1=1.当n ≥2时,2a n =2(S n -S n -1)=a n +a 2n -a n -1-a 2n -1, ∴(a 2n -a 2n -1)-(a n +a n -1)=0.∴(a n +a n -1)(a n -a n -1)-(a n +a n -1)=0, ∴(a n +a n -1)(a n -a n -1-1)=0, ∵a n +a n -1>0,∴a n -a n -1=1,∴{a n }是以1为首项,1为公差的等差数列, ∴a n =n (n ∈N *).[答案] (1)a n =⎩⎨⎧3,n =1,2n ,n ≥2(2)n[方法技巧]已知S n 求a n 的3个步骤(1)先利用a 1=S 1求出a 1;(2)用n -1替换S n 中的n 得到一个新的关系,利用a n =S n -S n -1(n ≥2)便可求出当n ≥2时a n 的表达式;(3)对n =1时的结果进行检验,看是否符合n ≥2时a n 的表达式,如果符合,则可以把数列的通项公式合写;如果不符合,则应该分n =1与n ≥2两段来写.考法二 利用递推关系求通项[例2] (1)在数列{a n }中,a 1=2,a n +1=a n +3n +2,求数列{a n }的通项公式. (2)在数列{a n }中,a 1=1,a n =n -1n a n -1(n ≥2),求数列{a n }的通项公式. (3)在数列{a n }中a 1=1,a n +1=3a n +2,求数列{a n }的通项公式. (4)已知数列{a n }中,a 1=1,a n +1=2a na n +2,求数列{a n }的通项公式.[解] (1)因为a n +1-a n =3n +2, 所以a n -a n -1=3n -1(n ≥2),所以a n =(a n -a n -1)+(a n -1-a n -2)+…+(a 2-a 1)+a 1=n (3n +1)2(n ≥2). 当n =1时,a 1=2=12×(3×1+1),符合上式,所以a n =32n 2+n2.(2)因为a n =n -1n a n -1(n ≥2),所以a n -1=n -2n -1a n -2,…,a 2=12a 1.由累乘法可得a n =a 1·12·23·…·n -1n =a 1n =1n (n ≥2).又a 1=1符合上式,∴a n =1n .(3)因为a n +1=3a n +2,所以a n +1+1=3(a n +1),所以a n +1+1a n +1=3,所以数列{a n +1}为等比数列,公比q =3,又a 1+1=2,所以a n +1=2·3n -1,所以a n =2·3n -1-1.(4)∵a n +1=2a na n +2,a 1=1,∴a n ≠0,∴1a n +1=1a n +12,即1a n +1-1a n =12,又a 1=1,则1a 1=1,∴{}1a n 是以1为首项,12为公差的等差数列.∴1a n =1a 1+(n -1)×12=n 2+12, ∴a n =2n +1(n ∈N *). [方法技巧] 典型的递推数列及处理方法1.[考法一]已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 1=1,S n =(n +1)a n2,则a 2 019=( )A .2 018B .2 019C .4 036D .4 038解析:选B 由题意知n ≥2时,a n =S n -S n -1=(n +1)a n 2-na n -12,化为a n n =a n -1n -1,∴a n n =a n -1n -1=…=a 11=1,∴a n =n .则a 2 019=2 019.故选B. 2.[考法一]已知数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=1,S n =2a n +1,则S n =( ) A .2n -1 B .()32n -1C.()23n -1D .()12n -1解析:选B S n =2a n +1=2S n +1-2S n ⇒3S n =2S n +1⇒S n +1S n =32,故数列{S n }为等比数列,公比是32,又S 1=1,所以S n =1×()32n -1=()32n -1.故选B.3.[考法二]已知在数列{a n }中,a n +1=nn +2a n (n ∈N *),且a 1=4,则数列{a n }的通项公式a n =____________. 解析:由a n +1=n n +2a a n ,得a n +1a n =n n +2,故a 2a 1=13,a 3a 2=24,…,a n a n -1=n -1n +1(n ≥2),以上式子累乘得,a na 1=13·24·…·n -3n -1·n -2n ·n -1n +1=2n (n +1).因为a 1=4,所以a n =8n (n +1)(n ≥2).因为a 1=4满足上式,所以a n =8n (n +1). 答案:8n (n +1)4.[考法二]已知数列{a n }满足a 1=2,a n -a n -1=n (n ≥2,n ∈N *),则a n =____________. 解析:由题意可知,a 2-a 1=2,a 3-a 2=3,…,a n -a n -1=n (n ≥2), 以上式子累加得,a n -a 1=2+3+…+n . 因为a 1=2,所以a n =2+(2+3+…+n )=2+(n -1)(2+n )2=n 2+n +22(n ≥2). 因为a 1=2满足上式, 所以a n =n 2+n +22. 答案:n 2+n +22突破点二 数列的性质[基本知识]数列的分类1.已知数列{a n }的通项公式是a n =2n3n +1,那么这个数列是________(填递增或递减).答案:递增2.设a n =-3n 2+15n -18,则数列{a n }中的最大项的值是________. 答案:03.已知数列{a n }的通项公式为a n =(n +2)()78n,则当a n取得最大值时,n 等于________.答案:5或6[全析考法]考法一 数列的单调性[例1] 已知数列{a n }的通项公式为a n =n ()23n,则数列{a n}中的最大项为( )A.89 B .23C.6481D .125243[解析] 法一:(作差比较法) a n +1-a n =(n +1)()23n +1-n ()23n=2-n 3·()23n, 当n <2时,a n +1-a n >0,即a n +1>a n ; 当n =2时,a n +1-a n =0,即a n +1=a n ; 当n >2时,a n +1-a n <0,即a n +1<a n . 所以a 1<a 2=a 3,a 3>a 4>a 5>…>a n ,所以数列{a n }中的最大项为a 2或a 3,且a 2=a 3=2×()232=89.故选A. 法二:(作商比较法) a n +1a n=(n +1)()23n +1n ()23n=23()1+1n , 令a n +1a n >1,解得n <2;令a n +1a n =1,解得n =2;令a n +1a n<1,解得n >2. 又a n >0,故a 1<a 2=a 3,a 3>a 4>a 5>…>a n ,所以数列{a n }中的最大项为a 2或a 3,且a 2=a 3=2×()232=89.故选A. [答案] A [方法技巧]求数列最大项或最小项的方法(1)将数列视为函数f (x )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f (x )的最值,进而求出数列的最大(小)项.(2)通过通项公式a n 研究数列的单调性,利用⎩⎨⎧ a n ≥a n -1,a n ≥a n +1(n ≥2)确定最大项,利用⎩⎨⎧a n ≤a n -1,a n ≤a n +1(n ≥2)确定最小项.(3)比较法:①若有a n +1-a n =f (n +1)-f (n )>0( 或a n>0时,a n +1a n>1 ),则an +1>a n ,即数列{a n }是递增数列,所以数列{a n }的最小项为a 1=f (1);②若有a n +1-a n =f (n +1)-f (n )<0( 或a n>0时,a n +1a n<1 ),则an +1<a n ,即数列{a n }是递减数列,所以数列{a n }的最大项为a 1=f (1).考法二 数列的周期性数列的周期性与函数的周期性相类似.求解数列的周期问题时,通常是求出数列的前几项观察规律.确定出数列的一个周期,然后再解决相应的问题.[例2](2019·广西南宁二中、柳州高中联考)已知数列2 008,2 009,1,-2 008,…,若这个数列从第二项起,每一项都等于它的前后两项之和,则这个数列的前2 018项之和S2 018=________.[解析]由题意可知a n+1=a n+a n+2,a1=2 008,a2=2 009,a3=1,a4=-2 008,∴a5=-2 009,a6=-1,a7=2 008,a8=2 009,…,∴a n+6=a n,即数列{a n}是以6为周期的数列,又a1+a2+a3+a4+a5+a6=0,∴S2 018=336(a1+a2+a3+a4+a5+a6)+(a1+a2)= 4 017.[答案] 4 017[方法技巧]周期数列的常见形式与解题方法(1)周期数列的常见形式①利用三角函数的周期性,即所给递推关系中含有三角函数;②相邻多项之间的递推关系,如后一项是前两项的差;③相邻两项的递推关系,等式中一侧含有分式,又较难变形构造出特殊数列.(2)解决此类题目的一般方法根据给出的关系式求出数列的若干项,通过观察归纳出数列的周期,进而求有关项的值或者前n项的和.[集训冲关]1.[考法二]若数列{a n}中,a1=2,a2=3,a n+1=a n-a n-1(n≥2),则a2 019=()A.1 B.-2C.3 D.-3解析:选A因为a n=a n-1-a n-2(n≥3),所以a n+1=a n-a n-1=(a n-1-a n-2)-a n-1=-a n-2,所以a n+3=-a n,所以a n+6=-a n+3=a n,所以{a n}是以6为周期的周期数列.因为2 019=336×6+3,所以a2 019=a3=a2-a1=3-2=1.故选A.2.[考法一]已知数列{a n}满足a n=n+13n-16(n∈N*),则数列{a n}的最小项是第________项.解析:因为a n=n+13n-16,所以数列{a n}的最小项必为a n<0,即n+13n-16<0,3n-16<0,从而n<163.又n∈N*,所以当n=5时,a n的值最小.答案:5[课时跟踪检测][A级基础题——基稳才能楼高] 1.在数列{a n}中,a1=1,a n+1=2a n+1(n∈N*),则a4的值为()A.31B.30C.15 D.63解析:选C由题意,得a2=2a1+1=3,a3=2a2+1=7,a4=2a3+1=15,故选C.2.已知数列{a n}满足a n+1=11-a n,若a1=12,则a2 019=()A.-1 B.12 C.1 D.2解析:选A由a1=12,a n+1=11-a n,得a2=11-a1=2,a3=11-a2=-1,a4=11-a3=12,a5=11-a4=2,…,于是可知数列{a n}是以3为周期的周期数列,因此a2 018=a3×672+3=a3=-1.3.数列-1,4,-9,16,-25,…的一个通项公式为()A.a n=n2B.a n=(-1)n·n2C.a n=(-1)n+1·n2D.a n=(-1)n·(n+1)2解析:选B易知数列-1,4,-9,16,-25,…的一个通项公式为a n=(-1)n·n2,故选B.4.在各项均为正数的数列{a n}中,对任意m,n∈N*,都有a m+n=a m·a n.若a6=64,则a9等于()A .256B .510C .512D .1 024解析:选C 在各项均为正数的数列{a n }中,对任意m ,n ∈N *,都有a m +n =a m ·a n .所以a 6=a 3·a 3=64,a 3=8.所以a 9=a 6·a 3=64×8=512.5.设数列{a n }的通项公式为a n =n 2-bn ,若数列{a n }是单调递增数列,则实数b 的取值范围为( ) A .(-∞,-1] B .(-∞,2] C .(-∞,3)D .(]-∞,92解析:选C 因为数列{a n }是单调递增数列, 所以a n +1-a n =2n +1-b >0(n ∈N *), 所以b <2n +1(n ∈N *), 所以b <(2n +1)min =3,即b <3.[B 级 保分题——准做快做达标]1.(2019·福建四校联考)若数列的前4项分别是12,-13,14,-15,则此数列的一个通项公式为( )A.(-1)n +1n +1B .(-1)nn +1 C.(-1)n nD .(-1)n -1n解析:选A 由于数列的前4项分别是12,-13,14,-15,可得奇数项为正数,偶数项为负数,第n 项的绝对值等于||1n +1,故此数列的一个通项公式为(-1)n +1n +1.故选A.2.(2019·沈阳模拟)已知数列{a n }中a 1=1,a n =n (a n +1-a n )(n ∈N *),则a n =( ) A .2n -1 B .()n +1nn -1C .nD .n 2解析:选C 由a n =n (a n +1-a n ),得(n +1)a n =na n +1,即a n +1n +1=a n n,∴{}a n n 为常数列,即a n n =a 11=1,故a n =n .故选C.3.(2019·北京西城区模拟)已知数列{a n }的前n 项和S n =2-2n +1,则a 3=( ) A .-1 B .-2 C .-4D .-8解析:选D ∵数列{a n }的前n 项和S n =2-2n +1,∴a 3=S 3-S 2=(2-24)-(2-23)=-8.故选D. 4.(2019·桂林四地六校联考)数列1,2,2,3,3,3,4,4,4,4,…的第100项是( ) A .10 B .12 C .13D .14解析:选D 1+2+3+…+n =12n (n +1),由12n (n +1)≤100,得n 的最大值为13,易知最后一个13是已知数列的第91项,又已知数列中14共有14项,所以第100项应为14.故选D.5.(2019·兖州质检)已知数列{a n }满足a n =⎩⎨⎧a n -2,n <4,(6-a )n -a ,n ≥4,若对任意的n ∈N *都有a n <a n +1成立,则实数a 的取值范围为( )A .(1,4)B .(2,5)C .(1,6)D .(4,6)解析:选A 因为对任意的n ∈N *都有a n <a n +1成立,所以数列{a n }是递增数列,因此⎩⎪⎨⎪⎧1<a ,6-a >0,a <(6-a )×4-a ,解得1<a <4,故选A.6.(2019·湖北八校联考)已知数列{a n }满足a n =5n -1(n ∈N *),将数列{a n }中的整数项按原来的顺序组成新数列{b n },则b 2 019的末位数字为( )A .8B .2C .3D .7解析:选D 由a n =5n -1(n ∈N *),可得此数列为4,9,14,19,24,29,34,39,44,49,54,59,64,…,{a n }中的整数项为4,9,49,64,144,169,…,∴数列{b n }的各项依次为2,3,7,8,12,13,17,18,…,末位数字分别是2,3,7,8,2,3,7,8,….∵2 019=4×504+3,故b 2 019的末位数字为7.故选D.7.(2018·长沙调研)已知数列{a n },则“a n +1>a n -1”是“数列{a n }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解析:选B 由题意,若“数列{a n }为递增数列”,则a n +1>a n >a n -1,但a n +1>a n -1不能推出a n +1>a n ,如a n =1,a n +1=1,{a n }为常数列,则不能推出“数列{a n }为递增数列”,所以“a n +1>a n -1”是“数列{a n }为递增数列”的必要不充分条件.故选B.8.(2019·长春模拟)设数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 1=1,{S n +na n }为常数列,则a n 等于( ) A.13n -1B .2n (n +1)C.6(n +1)(n +2)D .5-2n3解析:选B 由题意知,S n +na n =2,当n ≥2时,(n +1)a n =(n -1)a n -1,从而a 2a 1·a 3a 2·a 4a 3·…·a n a n -1=13·24·…·n -1n +1,有a n=2n (n +1),当n =1时上式成立,所以a n =2n (n +1).9.(2019·兰州诊断)已知数列{a n },{b n },若b 1=0,a n =1n (n +1),当n ≥2时,有b n =b n -1+a n -1,则b 501=________.解析:由b n =b n -1+a n -1得b n -b n -1=a n -1,所以b 2-b 1=a 1,b 3-b 2=a 2,…,b n -b n -1=a n -1,所以b 2-b 1+b 3-b 2+…+b n -b n -1=a 1+a 2+…+a n -1=11×2+12×3+…+1(n -1)×n ,即b n -b 1=a 1+a 2+…+a n -1=11×2+12×3+…+1(n -1)×n =11-12+12-13+…+1n -1-1n=1-1n =n -1n ,又b 1=0,所以b n =n -1n ,所以b 501=500501.答案:50050110.(2019·河南八市重点高中测评)已知数列{a n }满足a n ≠0,2a n (1-a n +1)-2a n +1(1-a n )=a n -a n +1+a n ·a n +1,且a 1=13,则数列{a n }的通项公式a n =________.解析:∵a n ≠0,2a n (1-a n +1)-2a n +1(1-a n )=a n -a n +1+a n ·a n +1,∴两边同除以a n ·a n +1,得2(1-a n +1)a n +1-2(1-a n )a n =1a n +1-1a n +1,整理,得1a n +1-1a n =1,即{}1a n 是以3为首项,1为公差的等差数列,∴1a n =3+(n -1)×1=n +2,即a n =1n +2. 答案:1n +211.(2019·宝鸡质检)若数列{a n }是正项数列,且a 1+a 2+a 3+…+a n =n 2+n ,则a 1+a 22+…+a nn =________.解析:由题意得当n ≥2时,a n =n 2+n -(n -1)2-(n -1)=2n ,∴a n =4n 2.又n =1,a 1=2,∴a 1=4,∴a nn =4n ,∴a 1+a 22+…+a n n =12n (4+4n )=2n 2+2n .答案:2n 2+2n12.(2019·深圳期中)在数列{a n }中,a 1=1,a 1+a 222+a 332+…+a nn 2=a n (n ∈N *),则数列{a n }的通项公式a n =________.解析:由a 1+a 222+a 332+…+a n n 2=a n (n ∈N *)知,当n ≥2时,a 1+a 222+a 332+…+a n -1(n -1)2= a n -1,∴a nn 2=a n -a n -1,即n +1n a n =n n -1a n -1,∴n +1n a n =…=2a 1=2,∴a n =2n n +1. 答案:2nn +113.(2019·衡阳四校联考)已知数列{a n }满足a 1=3,a n +1=4a n +3. (1)写出该数列的前4项,并归纳出数列{a n }的通项公式; (2)证明:a n +1+1a n +1=4. 解:(1)a 1=3,a 2=15,a 3=63,a 4=255.因为a 1=41-1,a 2=42-1,a 3=43-1,a 4=44-1,…,所以归纳得a n =4n -1. (2)证明:因为a n +1=4a n +3,所以a n +1+1a n +1=4a n +3+1a n +1=4(a n +1)a n +1=4. 14.已知数列{a n }的通项公式是a n =n 2+kn +4.(1)若k =-5,则数列中有多少项是负数?n 为何值时,a n 有最小值?并求出最小值; (2)对于n ∈N *,都有a n +1>a n ,求实数k 的取值范围. 解:(1)由n 2-5n +4<0,解得1<n <4. 因为n ∈N *,所以n =2,3,所以数列中有两项是负数,即为a 2,a 3. 因为a n =n 2-5n +4=()n -522-94, 由二次函数性质,得当n =2或n =3时,a n 有最小值,其最小值为a 2=a 3=-2.(2)由a n +1>a n ,知该数列是一个递增数列,又因为通项公式a n =n 2+kn +4,可以看作是关于n 的二次函数,考虑到n ∈N *,所以-k 2<32,解得k >-3.所以实数k 的取值范围为(-3,+∞).15.(2019·武汉调研)已知数列{a n }的前n 项和S n =n 2+1,数列{b n }中,b n =2a n +1,且其前n 项和为T n ,设c n =T 2n+1-T n .(1)求数列{b n }的通项公式; (2)判断数列{c n }的增减性.解:(1)∵a 1=S 1=2,a n =S n -S n -1=2n -1(n ≥2), ∴b n =⎩⎪⎨⎪⎧23(n =1),1n (n ≥2).(2)由题意得c n =b n +1+b n +2+…+b 2n +1 =1n +1+1n +2+…+12n +1, ∴c n +1-c n =12n +2+12n +3-1n +1=12n +3-12n +2=-1(2n +3)(2n +2)<0,∴c n +1<c n ,∴数列{c n }为递减数列.。