高中数学数列中裂项求和测试题及答案
数列中裂项求和的几种常见模型
数列问题是高考的一大热点,而且综合性较强,既注重基础知识的掌握,又注重数学思想与方法的运用。而此类问题大多涉及数列求和,所以数列求和方法是学生必须掌握的,主要的求和方法有:公式法、拆项重组法、并项求和法,裂项相消法、错位相加法、倒序相加法等等,而裂项相消法是其中较为基础、较为灵活的一种,也是出现频率最高,形式最多的一种。下面就例举几种裂项求和的常见模型,以供参考。
模型一:数列 是以d为公差的等差数列,且 ,则
例1已知二次函数 的图像经过坐标原点,其导函数为 ,数列 的前n项和为 ,点 均在函数 的图像上。
(Ⅰ)求数列 的通项公式;
(Ⅱ)设 , 是数列 的前n项和,求使得 对所有 都成立的最小正整数m; (2006年湖北省数学高考理科试题)
解:(Ⅰ)设这二次函数f(x)=ax2+bx (a0) ,则 f`(x)=2ax+b,由于f`(x)=6x-2,得
a=3 , b=-2, 所以 f(x)=3x2-2x.
又因为点 均在函数 的图像上,所以 =3n2-2n.
当n2时,an=Sn-Sn-1=(3n2-2n)- =6n-5.
当n=1时,a1=S1=312-2=61-5,所以,an=6n-5 ( )
(Ⅱ)由(Ⅰ)得知 = = ,
故Tn= = = (1- ).
因此,要使 (1- ) ( )成立的m,必须且仅须满足 ,即m10,所以满足要求的最小正整数m为10..
例2在xoy平面上有一系列点 ,…, ,…,(nN*),点Pn在函数 的图象上,以点Pn为圆心的圆Pn与x轴都相切,且圆Pn与圆Pn+1又彼此外切. 若 .
(I)求数列 的通项公式;
(II)设圆Pn的面积为
解:(I)圆Pn与Pn+1彼此外切,令rn为圆Pn的半径,
两边平方并化简得
由题意得,圆Pn的半径
为首项,以2为公差的等差数列,
所以
(II) ,
所以,
模型二:分母有理化,如:
例3已知 , 的反函数为 ,点 在曲线 上 ,且
(I)证明数列{ }为等差数列;
(Ⅱ)设 ,记 ,求
解(I)∵点An( )在曲线y=g(x)上(nN+),
点( )在曲线y=f(x)上(nN+) ,并且an0
, ,数列{ }为等差数列
(Ⅱ)∵数列{ }为等差数列,并且首项为 =1,公差为4,
=1+4(n1), ,∵an0, ,
bn= = ,
Sn=b1+b2+…+bn= =
例4设 ,则不超过 的最大整数为 。
(2008年全国高中数学联合竞赛浙江省预赛试题)
解:
,
,
,
,
不超过 的最大整数为 。
模型三:2n (2n+1-1)(2n-1) = 12n-1 - 12n+1-1
例5设数列 的前 项的和 ,n=1,2,3,….
(Ⅰ)求首项 与通项 ;
(Ⅱ)设 ,n=1,2,3,…,证明:
(2006年全国数学高考理科试题)
. 解: (Ⅰ)由 Sn=43an-132n+1+23, n=1,2,3,… , ① 得 a1=S1= 43a1-134+23 所以a1=2.
再由①有 Sn-1=43an-1-132n+23, n=2,3,4,…
将①和②相减得: an=Sn-Sn-1= 43(an-an-1)-13(2n+1-2n),n=2,3, …
整理得: an+2n=4(an-1+2n-1),n=2,3, … , 因而数列{ an+2n}是首项为a1+2=4,公比为4的等比数列,
即an+2n=44n-1= 4n, n=1,2,3, …, 因而an=4n-2n, n=1,2,3, …,
(Ⅱ)将an=4n-2n代入①得 Sn= 43(4n-2n)-132n+1 + 23 = 13(2n+1-1)(2n+1-2)
= 23(2n+1-1)(2n-1)
Tn= 2nSn = 322n (2n+1-1)(2n-1) = 32(12n-1 - 12n+1-1)
所以, = 32 12i-1 - 12i+1-1) = 32(121-1 - 12i+1-1) 32
模型四: ,且 ,则
例6设函数 的图象在 处的切线平行于直线 .记 的导函数为 .数列 满足: , .
(Ⅰ)求函数 的解析式;
(Ⅱ)试判断数列 的增减性,并给出证明;
(Ⅲ)当 时,证明: .
解:(Ⅰ)∵函数 的导函数为 ,由于在 处的切线平行于 , ,
(Ⅱ)∵ , ,∵ ,故 ,所以
,所以 是单调递增.
(Ⅲ) ∵ , = ,
, , …
令
当 时,
例7已知数列 满足 , 满足 ,证明: 。
(2006年全国高中数学联合竞赛浙江省预赛试题)
证明:记 ,则 。
而 。
因为 ,所以 。
从而有 。 (1)
又因为 ,所以 ,
即 。从而有 。 (2)
由(1)和(2)即得 。 综合得到 。
左边不等式的等号成立当且仅当 n=1时成立。
以上我们通过几个典型问题的解析,总结了四类裂项求和的常见模型,可以让我们更清楚的认识到裂项相消的来龙去脉,而这些模型是近几年高考中普遍采用的,要求我们注重培养学生的化归、转化的能力。
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