- 等比数列的判断与证明
- 共100题
已知数列,记
,
,
,
,并且对于任意
,恒有
成立。
(1)若,且对任意
,三个数
组成等差数列,求数列
的通项公式;
(2)证明:数列是公比为
的等比数列的充分必要条件是:对任意
,三个数
组成公比为
的等比数列。
正确答案
见解析
解析
解析:(1)
,所以
为等差数列。
(2)(必要性)若数列
是公比为q的等比数列,则
,
,所以A(n)、B(n)、C(n)组成公比为q的等比数列。
(充分性):若对于任意,三个数
组成公比为
的等比数列,
则,
于是得
即
由
有
即
,从而
.[来源:学科网ZXXK]
因为,所以
,故数列
是首项为
,公比为
的等比数列。
综上,数列是公比为q的等比数列的充要条件是对任意的
,都有A(n)、B(n)、C(n)组成公比为q
的等比数列。
知识点
已知数列满足:
,
,
,数列
的前
项和为
,且
,
。
(1)求数列,
的通项公式;
(2)令数列满足
,求数列
的前
项和
。
正确答案
见解析。
解析
(1)由已知可知数列为等差数列,且首项为1,公差为1。
∴数列的通项公式为
,(2分)
∵,∴
,∴
,∴数列
为等比数列,(4分)
又,∴
,∴数列
的通项公式为
,(6分)
(2)由已知得:。
∴,
∴,(8分)
∴两式相减得
,(10分)
∴数列的前
项和
,(12分)
知识点
已知数列的各项都为正数,且对任意n∈N*
成等差数列,
成等比数列。
(1)若求
的值;
(2)设<
,求证:对任意n∈N*,且
≥
,都有
<
。
正确答案
见解析。
解析
(1)解法一:因为a3,a4,a5成等差数列,设公差为d,则a3=3-2d,a4=3-d。
因为a2,a3,a4成等比数列,所以
因为a2=1,所以=1,解得d=2,或d=
,因为an>0,所以d=
。
因为a1,a2,a3成等差数列,所以a1=2a2-a3=2-(3-2d)=,
解法二:因为a1,a2,a3成等差数列,a2,a3,a4成等比数列,a3,a4,a5成等差数列,
则,
则,解得
或
(舍),所以
。
解法三:因为a1,a2,a3成等差数列,则,
因为a2,a3,a4成等比数列,则
因为a3,a4,a5成等差数列,则,则
解得:或
;当
时,
(与
矛盾,故舍去),所以
。
(2)证法一:因为a2n-1,a2n,a2n+1成等差数列,a2n,a2n+1,a2n+2成等比数列,
所以2a2n=a2n-1+a2n+1,① a=a2na2n+2,②;所以a=a2n-2a2n,n≥2,③
由a1,a2及a2n-1,a2n,a2n+1是等差数列,a2n,a2n+1,a2n+2是等比数列,
可得a4=。
所以。
① 当n=2m,mN*时,
=-<0。
② 当n=2m-1,mN*,m≥2时,
=-<0。
综上,对一切n∈N*,n≥2,有。
证法二:①若n为奇数且n≥3时,则an,an+1,an+2成等差数列。
②若n为偶数且n≥2时,则an,an+1,an+2成等比数列,所以,
由①②可知,对任意n≥2,n∈N*,,
知识点
已知数列,
,且满足
(
)。
(1)若,求数列
的通项公式;
(2)若,且
.记
,求证:数列
为常数列;
(3)若,且
.若数列
中必有某数重复出现无数次,求首项
应满足的条件。
正确答案
见解析
解析
(1)当时,有
,
也满足上式,
所以数列的通项为
.
(2)因为,
所以对任意的有
,
所以数列是一个以6为周期的循环数列
又因为,所以
所以
,
所以数列为常数列.
(3)因为,且
,所以
,
且对任意的,有
,
设,(其中
为常数且
),所以
,
所以数列均为以7为公差的等差数列.
记,则
,
(其中,
为
中的一个常数),
当时,对任意的
有
;
当时,
①若,则对任意的
有
,数列
为单调减数列;
②若,则对任意的
有
,数列
为单调增数列;
综上,当时,数列
中必有某数重复出现无数次
当时,
符合要求;当
时,
符合要求,此时的
;
当时,
符合要求,此时的
;
当时,
符合要求,此时的
;
当时,
符合要求,此时的
;
当时,
符合要求,此时的
;
即当时,数列
中必有某数重复出现无数次.
知识点
对大于或等于2的正整数的幂运算有如下分解方式:
…
…
根据上述分解规律,若,
的分解中最小的正整数是21,则
________。
正确答案
11
解析
由,
,
,…,可知
,由
,可知
,易知
,则21是53的分解中最小的正整数,可得
,故
。
知识点
已知是首项为
的等比数列,
依次成等差数列,且
。
(1)求数列的通项公式;
(2)记数列的前
项和为
,若不等式
对任意
恒成立,求实数
的取值范围。
正确答案
(1)(2)
解析
解析: (1) 由题,设的公比为
,则
,
由依次成等差数列,所以
。
即,解得
或
又
,所以
,故
所以数列的通项公式为
。 6分
(2) 由(1)得,,所以
8分
则,
,
由恒成立,得
。 12分
知识点
设等差数列的前
项和为
,已知
,
.
(1)求;
(2)若从中抽取一个公比为
的等比数列
,其中
,且
,
.
①当取最小值时,求
的通项公式;
②若关于的不等式
有解,试求
的值.
正确答案
见解析。
解析
(1)设等差数列的公差为,则
,解得
,
所以.
(2)因为数列是正项递增等差数列,所以数列
的公比
,
若,则由
,得
,此时
,由
,
解得,所以
,同理
;
若,则由
,得
,此时
,
另一方面,,所以
,即
,
所以对任何正整数,
是数列
的第
项,所以最小的公比
。
所以,
(3)因为,得
,而
,
所以当且
时,所有的
均为正整数,适合题意;
当且
时,
不全是正整数,不合题意。
而有解,所以
有解,经检验,当
,
,
时,
都是
的解,适合题意;
下证当时,
无解, 设
,
则,
因为,所以
在
上递减,
又因为,所以
恒成立,所以
,所以
恒成立,
又因为当时,
,所以当
时,
无解.
综上所述,的取值为
知识点
已知数列
(1)试证数列是等比数列,并求数列
的通项公式;
(2)在数列是,是否存在连续三项成等差数列?若存在,求出所有符合条件的项;若不存在,说明理由。
(3)试证在数列中,一定存在满足条件
的正整数r,s,使得
成等差数列;并求出正整数r,s之间的关系。
正确答案
见解析
解析
(1) 证明:由an+an+1=2n,得an+1=2n-an,
所以
又因为,所以数列{an-
×2n}是首项为
,公比为-1的等比数列。
所以an-×2n=
×(-1)n-1,即an=
[2n-(-1)n],所以bn=2n-(-1)n, (5分)
(2) 假设在数列{bn}中,存在连续三项bk-1,bk,bk+1(k∈N*, k≥2)成等差数列,则bk-1+bk+1=2bk,即[2k-1-(-1)k-1]+[2k+1-(-1)k+1]=2[2k-(-1)k],即2k-1=4(-1)k-1。
① 若k为偶数,则2k-1>0,4(-1)k-1=-4<0,所以,不存在偶数k,使得bk-1,bk,bk+1成等差数列,(7分)
② 若k为奇数,则当k≥3时,2k-1≥4,而4(-1)k-1=4,所以,当且仅当k=3时,bk-1,bk,bk+1成等差数列。
综上所述,在数列{bn}中,有且仅有连续三项b2,b3,b4成等差数列,(9分)
(3) 要使b1,br,bs成等差数列,只需b1+bs=2br,
即3+2s-(-1)s=2[2r-(-1)r],即2s-2r+1=(-1)s-2(-1)r-3,(﹡) (10分)
① 若s=r+1,在(﹡)式中,左端2s-2r+1=0,
右端(-1)s-2(-1)r-3=(-1)s+2(-1)s-3=3(-1)s-3,
要使(﹡)式成立,当且仅当s为偶数时,又s>r>1,且s,r为正整数,
所以当s为不小于4的正偶数,且s=r+1时,b1,br,bs成等差数列,(12分)
② 若s≥r+2时,在(﹡)式中,左端2s-2r+1≥2r+2-2r+1=2r+1,
由(2)可知,r≥3,所以r+1≥4,所以左端2s-2r+1≥16(当且仅当s为偶数、r为奇数时取“=”);右端(-1)s-2(-1)s-3≤0.所以当s≥r+2时,b1,br,bs不成等差数列,
综上所述,存在不小于4的正偶数s,且s=r+1,使得b1,br,bs成等差数列。
知识点
Sn为等差数列{an}的前n项和,已知S5=5,S9=27,则S7= 。
正确答案
14
解析
∵数列{an}是等差数列,S5=5,S9=27,
∴,
解得。
∴S7==﹣7+21=14。
知识点
已知数列a,b,c为各项都是正数的等差数列,公差为d(d>0),在a,b之间和b,c之间共插入m个实数后,所得到的m+3个数所组成的数列是等比数列,其公比为q.
(1)若a=1,m=1,求公差d;
(2)若在a,b之间和b,c之间所插入数的个数均为奇数,求所插入的m个数的乘积(用a,c,m表示)
(3)求证:q是无理数。
正确答案
见解析
解析
(1)由,且等差数列
的公差为
,可知
,
若插入的一个数在之间,则
,
,
消去可得
,其正根为
,
若插入的一个数在之间,则
,
,
消去可得
,此方程无正根,故所求公差
,
(2)设在之间插入
个数,在
之间插入
个数,则
,在等比数列
中,
∵,
…,
,
∴…
…
又∵,
,
都为奇数,∴
可以为正数,也可以为负数。
①若为正数,则
…
,所插入
个数的积为
;
②若为负数,
…
中共有
个负数,
当是奇数,即
N*)时,所插入
个数的积为
;
当是偶数,即
N*)时,所插入
个数的积为
,
综上所述,当N*)时,所插入
个数的积为
;
当N*)时,所插入
个数的积为
。
注:可先将…
用
和
表示,然后再利用条件消去
进行求解。
(3)∵在等比数列,由
,可得
,同理可得
,
∴,即
,
假设是有理数,若
为整数,∵
是正数,且
,∴
,
在中,∵
是
的倍数,故1也是
的倍数,矛盾。
若不是整数,可设
(其中
为互素的整数,
),
则有,即
,
∵,可得
,∴
是x的倍数,即
是x的倍数,矛盾。
∴ 是无理数,
知识点
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