等差数列及其前n项和
【考点梳理】
1.等差数列的有关概念
(1)定义:如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列.用符号表示为an+1-an=d(n∈N*,d为常数).
(2)等差中项:数列a,A,b成等差数列的充要条件是A=,其中A叫做a,b的等差中项.
2.等差数列的有关公式
(1)通项公式:an=a1+(n-1)d,an=am+(n-m)d.
(2)前n项和公式:Sn=na1+=.
3.等差数列的常用性质
(1)通项公式的推广:an=am+(n-m)d(n,m∈N*).
(2)若{an}为等差数列,且k+l=m+n(k,l,m,n∈N*),则ak+al=am+an.
(3)若{an}是等差数列,公差为d,则{a2n}也是等差数列,公差为2d.
(4)若{an},{bn}是等差数列,则{pan+qbn}也是等差数列.
(5)若{an}是等差数列,公差为d,则ak,ak+m,ak+2m,…(k,m∈N*)是公差为md的等差数列.
【考点突破】
考点一、等差数列的基本运算
【例1】 (1)已知{an}是公差为1的等差数列,Sn为{an}的前n项和,若S8=4S4,则a10=( )
A. B.
C.10 D.12
(2)设等差数列{an}的前n项和为Sn,S11=22,a4=-12,若am=30,则m=( )
A.9 B.10
C.11 D.15
答案] (1)B (2)B
解析] (1)∵公差为1,
∴S8=8a1+×1=8a1+28,S4=4a1+6.
∵S8=4S4,∴8a1+28=4(4a1+6),解得a1=,
∴a10=a1+9d=+9=.
(2)设等差数列{an}的公差为d,依题意解得
∴am=a1+(m-1)d=7m-40=30,∴m=10.
【类题通法】
1.等差数列的通项公式及前n项和公式,共涉及五个量a1,an,d,n,Sn,知三求二,体现了方程思想的应用.
2.数列的通项公式和前n项和公式在解题中起到变量代换作用,而a1和d是等差数列的两个基本量,用它们表示已知和未知是常用方法,称为基本量法.
【对点训练】
1. (1)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且满足-=1,则数列{an}的公差是( )
A. B.1
C.2 D.3
(2)设Sn为等差数列{an}的前n项和,a12=-8,S9=-9,则S16=__________.
答案] (1)C (2)-72
解析] (1)∵Sn=,∴=,又-=1,
得-=1,即a3-a2=2,
∴数列{an}的公差为2.
(2)设等差数列{an}的首项为a1,公差为d,
由已知,得解得
∴S16=16×3+×(-1)=-72.
考点二、等差数列的判定与证明
【例2】 已知数列{an}中,a1=,an=2-(n≥2,n∈N*),数列{bn}满足bn=(n∈N*).
(1)求证:数列{bn}是等差数列.
(2)求数列{an}中的通项公式an.
解析] (1)证明:因为an=2-(n≥2,n∈N*),
bn=.
所以n≥2时,bn-bn-1=-
=-=-=1.
又b1==-,
所以数列{bn}是以-为首项,1为公差的等差数列.
(2)由(1)知,bn=n-,
则an=1+=1+.
【类题通法】
1.判断等差数列的解答题,常用定义法和等差中项法,而通项公式法和前n项和公式法主要适用于选择题、填空题中的简单判断.
2.用定义证明等差数列时,常采用两个式子an+1-an=d和an-an-1=d,但它们的意义不同,后者必须加上“n≥2”,否则n=1时,a0无定义.
【对点训练】
2.(1)若{an}是公差为1的等差数列,则{a2n-1+2a2n}是( )
A.公差为3的等差数列
B.公差为4的等差数列
C.公差为6的等差数列
D.公差为9的等差数列
(2)在数列{an}中,若a1=1,a2=,=+(n∈N*),则该数列的通项为( )
A.an=
B.an=
C.an=
D.an=
答案] (1)C (2)A
解析] (1)∵a2n-1+2a2n-(a2n-3+2a2n-2)
=(a2n-1-a2n-3)+2(a2n-a2n-2)
=2+2×2=6,
∴{a2n-1+2a2n}是公差为6的等差数列.
(2) 由已知式=+可得-=-,知是首项为=1,公差为-=2-1=1的等差数列,所以=n,即an=.
考点三、等差数列的性质与最值
【例3】 (1)如图所示的数阵中,每行、每列的三个数均成等差数列,如果数阵中所有数之和等于63,那么a52=( )
A.2 B.8
C.7 D.4
(2)等差数列{an}中,设Sn为其前n项和,且a1>0,S3=S11,则当n为多少时,Sn取得最大值.
答案] (1)C (2) n=7
解析] (1) 法一:第一行三数成等差数列,由等差中项的性质有a41+a42+a43=3a42,同理第二行也有a51+a52+a53=3a52,第三行也有a61+a62+a63=3a62,又每列也成等差数列,所以对于第二列,有a42+a52+a62=3a52,所以a41+a42+a43+a51+a52+a53+a61+a62+a63=3a42+3a52+3a62=3×3a52=63,所以a52=7,故选C.
法二:由于每行每列都成等差数列,不妨取特殊情况,即这9个数均相同,显然满足题意,所以有63÷9=7,即a52=7,故选C.
(2)法一:由S3=S11,可得3a1+d=11a1+d,
即d=-a1.
从而Sn=n2+n=-(n-7)2+a1,
因为a1>0,所以-0,S3=S11可知d0,a80,d