一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分).
1.在数列1,2,,…中,2是这个数列的( )
A.第16项 B.第24项 C.第26项 D.第2
2.已知数列{an}的前n项和为Sn,若,则a1+a3的值为( )
A.8 B.9 C.10 D.11
3.已知直线l的倾斜角为π,直线l1经过P(﹣2,),Q(m,0)两点,且直线l与l1垂直,则实数m的值为( )
A.﹣2 B.﹣3 C.﹣4 D.﹣5
4.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,a1+a22=1,a2与a4的等差中项为2,则S4的值为( )
A.6 B.﹣2 C.﹣2或6 D.2或6
5.等差数列{an}的公差为d,前n项的和为Sn,当首项a1和d变化时,a2+a8+a11是一个定值,则下列各数中也为定值的是( )
A.S7 B.S8 C.S13 D.S15
6.已知{an}是公比不为1的等比数列,Sn为其前n项和,满足a2021﹣a2019=a2019﹣a2020,则下列等式成立的是( )
A.S2020S2021=S20192 B.S2020+S2021=2S2019
C.S2019S2021=S20202 D.S2019+S2021=2S2020
7.九连环是我国从古至今广泛流传的一种益智游戏,它用九个圆环相连成串,以解开为胜.据明代杨慎《丹铅总录》记载:“两环互相贯为一,得其关捩,解之为二,又合面为一”.在某种玩法中,用an表示解下n(n≤9,n∈N*)个圆环所需的移动最少次数,若a1=1.且an=,则解下6个环所需的最少移动次数为( )
A.13 B.16 C.31 D.
8.已知数列{an}满足a1=1,且,则数列{bn}前10和为( )
A.174 B.672 C.1494 D.5904
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,有选错的得0分,部分选对的得2分.
9.已知直线l的一个方向向量为,且l经过点(1,﹣2),则下列结论中正确的是( )
A.l的倾斜角等于120°
B.l与x轴的交点坐标为
C.l与直线垂直
D.l与直线平行
10.设数列{an}是等差数列,Sn为其前n项和,a1>0,且S6=S9,则( )
A.d<0 B.a8=0
C.S6<S5 D.S7,S8为Sn的最大值
11.在公比为q等比数列{an}中,Sn为其前n项和,若a1=1,a5=27a2,则下列说法正确的是( )
A.q=3
B.数列是等差数列
C.数列是等比数列
D.数列是等比数列
12.已知数列{an}中的前n项和为Sn,若对任意的正整数n,都有an+1≤Sn,则称{an}为“和谐数列”,下列结论正确的有( )
A.常数数列为“和谐数列”
B.为“和谐数列”
C.{2n+1}为“和谐数列”
D.若公差为d的等差数列{an}满足{an+n}为“和谐数列”,则a1+d的最小值为﹣2
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.在平面直角坐标系中,若直线l的倾斜角为120°,则该直线的一个方向向量为 .
14.已知Sn为等比数列{an}的前n项和,S5=5,S10=15,则a16+a17+a18+a19+a20的值为 .
15.已知Sn为数列{an}的前n项和,若a1=2,且对任意p,q∈N*,都有ap•aq=ap+q,则数列的最大值为 .
16.已知数列{an}满足a1=4,nan+1=2(n+1)an,则数列{an}的通项公式为 ,若数列的前n项和Sn,则满足不等式Sn≥30的n的最小值为 .
四、解答题:本题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
17.已知数列{an}是公差为1的等差数列,且a1,a3,a9成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记,求数列{bn}的前n项和Tn.
18.已知△ABC顶点坐标分别是A(0,5),B(1,﹣2),C(﹣7,4).
(1)求过点C且与直线AB平行的直线方程;
(2)若点D(1,m2﹣2m+5),当实数m取遍一切实数时,求直线AD倾斜角的取值范围.
19.某渔业养殖基地在2020年底共养殖各种鱼共13万尾,为向应国家号召,拟大力发展水产养殖.
(1)今年1月份投入鱼苗3万尾,如果从2月份起,以后的每个月比上一个月多投入鱼苗2000尾,那么今年底共有养殖鱼的数量是多少万尾?(精确到0.1,不计鱼苗损耗,确保成活)
(2)现计划今年投入鱼苗60万尾,到2023年底至少养殖800万尾,若今后新投入鱼苗的数量每年比上一年以等比递增,问2022年和2023年至少各投入多少万尾才能完成计划?
(参考数据,精确到1万个)
20.已知数列{an}是递增的等比数列,且a2=2,a1﹣1,a2,a3成等差数列,数列{bn}满足a1b1+a2b2+⋯+anbn=(n﹣1)2n+1.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求证:数列{bn}是等差数列.
21.在数列{an}中,,.
(1)求证:等比数列;
(2)已知数列{bn}满足.
①若数列{bn}的前n项和Tn,可以表示成,求♠处的代数式;
②若不等式对一切正整数n恒成立,求实数λ的取值范围.
22.已知数列{an}的各项均为正数,记数列{an}的前n项和为Sn,数列{an2}的前n项和为Tn,且3Tn=Sn2+2Sn,n∈N*.
(Ⅰ)求a1的值;
(Ⅱ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅲ)若k,t∈N*,且S1,Sk﹣S1,St﹣Sk成等比数列,求k和t的值.
参
一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分).
1.在数列1,2,,…中,2是这个数列的( )
A.第16项 B.第24项 C.第26项 D.第2
【分析】先求出数列的通项公式,an=,由此能求出答案.
解:数列1,2,,…就是数列,,,,,…,
∴an==,
∴=2=,
∴n=26,
故2是这个数列的第26项,
故选:C.
2.已知数列{an}的前n项和为Sn,若,则a1+a3的值为( )
A.8 B.9 C.10 D.11
【分析】由an=可求数列的通项,进而代入可求得a1+a3的值.
解:由题意结合公式an=,
可得an=,
所以a1=4,a3=7,即a1+a3=4+7=11,
故选:D.
3.已知直线l的倾斜角为π,直线l1经过P(﹣2,),Q(m,0)两点,且直线l与l1垂直,则实数m的值为( )
A.﹣2 B.﹣3 C.﹣4 D.﹣5
【分析】根据直线垂直的条件即可求出.
解:∵直线l的倾斜角为π,
∴直线l的斜率为k=tan=﹣,
∵直线l1经过P(﹣2,),Q(m,0)两点,且直线l与l1垂直,
∴×(﹣)=﹣1,
∴m=﹣5,
故选:D.
4.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,a1+a22=1,a2与a4的等差中项为2,则S4的值为( )
A.6 B.﹣2 C.﹣2或6 D.2或6
【分析】由已知结合等差数列的通项公式,可求出首项及公差,然后代入等差数列的求和公式,即可求出S4的值.
解:因为a1+a22=1,a2+a4=4,
所以,解得或,
当时,S4=6,或时,S4=﹣2,
所以S4=6或﹣2.
故选:C.
5.等差数列{an}的公差为d,前n项的和为Sn,当首项a1和d变化时,a2+a8+a11是一个定值,则下列各数中也为定值的是( )
A.S7 B.S8 C.S13 D.S15
【分析】利用等差数列的通项公式化简已知的式子,得到关于a7的关系式,由已知式子为定值得到a7为定值,再利用等差数列的求和公式及等差数列的性质化简S13,也得到关于a7的关系式,进而得到S13为定值.
解:∵a2+a8+a11=(a1+d)+(a1+7d)+(a1+10d)=3(a1+6d)=3a7,
且a2+a8+a11是一个定值,
∴a7为定值,
又S13==13a7,
∴S13为定值.
故选:C.
6.已知{an}是公比不为1的等比数列,Sn为其前n项和,满足a2021﹣a2019=a2019﹣a2020,则下列等式成立的是( )
A.S2020S2021=S20192 B.S2020+S2021=2S2019
C.S2019S2021=S20202 D.S2019+S2021=2S2020
【分析】先由等比数列结合条件a2021﹣a2019=a2019﹣a2020求出q2+q=2,两边同乘q2019,化简即可得到答案.
解:设等比数列{an}的公比为q(q≠1),
因为a2021﹣a2019=a2019﹣a2020,
即a2019q2﹣a2019=a2019﹣a2019q,
可得q2﹣1=1﹣q,
即q2+q=2,两边同乘q2019,
得q2021+q2020=2q2019,
则1﹣q2021+1﹣q2020=2﹣2q2019,
∴,
即S2020+S2021=2S2019,
故选:B.
7.九连环是我国从古至今广泛流传的一种益智游戏,它用九个圆环相连成串,以解开为胜.据明代杨慎《丹铅总录》记载:“两环互相贯为一,得其关捩,解之为二,又合面为一”.在某种玩法中,用an表示解下n(n≤9,n∈N*)个圆环所需的移动最少次数,若a1=1.且an=,则解下6个环所需的最少移动次数为( )
A.13 B.16 C.31 D.
【分析】直接利用数列的递推关系式的应用求出数列的各项.
解:由于a1=1,所以a2=2a1﹣1=1,a3=2a2+2=4,a4=2a3﹣1=7,a5=2a4+2=16,a6=2a5﹣1=31.
故选:C.
8.已知数列{an}满足a1=1,且,则数列{bn}前10和为( )
A.174 B.672 C.1494 D.5904
【分析】根据题意可知,利用累乘法求得{an}的通项公式,即可求得数列{bn}通项公式,利用并项求和求得b3k﹣2+b3k﹣1+b3k关系,即可求得数列{bn}前10和.
解:由,则,
由累乘法,所以,
因为,
所以,
所以,
所以数列{bn}前10和,
故选:D.
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,有选错的得0分,部分选对的得2分.
9.已知直线l的一个方向向量为,且l经过点(1,﹣2),则下列结论中正确的是( )
A.l的倾斜角等于120°
B.l与x轴的交点坐标为
C.l与直线垂直
D.l与直线平行
【分析】对于A,先求出直线l的斜率,由此能求出l的倾斜角;对于B,求出直线l的斜率,再由l经过点(1,﹣2),求出直线l的方程,由此能求出l与x轴的交点坐标;对于C,∵直线l的斜率为k=﹣,直线斜率为,从而l与直线不垂直;对于D,直线l的斜率为﹣,直线的斜率为﹣,从而l与直线平行.
解:直线l的一个方向向量为,且l经过点(1,﹣2),
对于A,直线l的斜率为k==﹣,
∴l的倾斜角等于120°,故A正确;
对于B,直线l的斜率为k==﹣,且l经过点(1,﹣2),
∴直线l的方程为y+2=﹣(x﹣1),即x+y+2﹣=0,
取y=0,得l与x轴的交点坐标为((1﹣,0),故B错误;
对于C,∵直线l的斜率为k==﹣,直线斜率为,
∴l与直线不垂直,故C错误;
对于D,∵直线l的斜率为k==﹣,直线的斜率为﹣,
∴l与直线平行,故D正确.
故选:AD.
10.设数列{an}是等差数列,Sn为其前n项和,a1>0,且S6=S9,则( )
A.d<0 B.a8=0
C.S6<S5 D.S7,S8为Sn的最大值
【分析】对于A,利用等差数列前n项和公式求出a1=﹣7d,由此得到d<0;对于B,由a1=﹣7d,得到a8=a1+7d=0;对于C,求出S6=﹣27d,S5=﹣25d,由此得到S6>S5;对于D,由a1>0,a1=﹣7d,得到S7,S8为Sn的最大值.
解:数列{an}是等差数列,Sn为其前n项和,a1>0,且S6=S9,
对于A,=,
整理得a1=﹣7d,∴d<0,故A正确;
对于B,∵a1=﹣7d,∴a8=a1+7d=0,故B正确;
对于C,S6=6a1+d=6a1+15d=﹣27d,
S5=5a1+=5a1+10d=﹣25d,
∴S6>S5,故C错误;
对于D,∵a1>0,a1=﹣7d,∴S7,S8为Sn的最大值,故D正确.
故选:ABD.
11.在公比为q等比数列{an}中,Sn为其前n项和,若a1=1,a5=27a2,则下列说法正确的是( )
A.q=3
B.数列是等差数列
C.数列是等比数列
D.数列是等比数列
【分析】利用等比数列通项公式求出公式判断A;利用等比数列前n项和公式和等差数列定义判断B;利用等比数列通项公式及定义判断CD.
解:在公比为q等比数列{an}中,Sn为其前n项和,a1=1,a5=27a2,
∴1×q4=27×1×q,解得q=3,故A正确;
Sn==,∴2Sn﹣3n=﹣1,
∴数列是等差数列,故B正确;
an=1×3n﹣1=3n﹣1,∴an﹣3n=3n﹣1﹣3n=﹣,
∴数列是等比数列,故C正确;
=(n﹣1)lg3﹣3n,∴数列不是等比数列,故D错误.
故选:ABC.
12.已知数列{an}中的前n项和为Sn,若对任意的正整数n,都有an+1≤Sn,则称{an}为“和谐数列”,下列结论正确的有( )
A.常数数列为“和谐数列”
B.为“和谐数列”
C.{2n+1}为“和谐数列”
D.若公差为d的等差数列{an}满足{an+n}为“和谐数列”,则a1+d的最小值为﹣2
【分析】反例判断A;利用等比数列求和与通项公式的关系判断B;特例判断C;等差数列的形状判断D即可.
解:数列{an}中的前n项和为Sn,若对任意的正整数n,都有an+1≤Sn,则称{an}为“和谐数列”,
如果数列{﹣1},是常数列,但是不满足新定义,所以A不正确;
是等比数列,Sn==,an+1==•≤Sn=1﹣,恒成立,所以数列是“和谐数列”,所以B正确;
{2n+1}为“和谐数列”,Sn=n(n+2),an+1=2n+3,当n=1时,a2=5>S1=3,不满足新定义,所以C不正确;
若公差为d的等差数列{an},可知an=a1+(n﹣1)d,令bn=an+n,{bn}为“和谐数列”,b1=a1+1,
bn+1=a1+nd+n+1≤Sn=b1+b2+•••+bn=a1+a2+•••+an+1+2+3+•••+n=na1++,恒成立,
a1+nd+n+1≤na1++,(n﹣1)a1+d+﹣1≥0,当n=1时,d≤﹣1,当n≥2时,
不等式为恒成立,所以≥0,所以d≥﹣1,所以d=﹣1,则(a1+1)n﹣a1﹣1≥0,可得a1≥﹣1,
所以a1+d的最小值为﹣2,所以D正确;
故选:BD.
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.在平面直角坐标系中,若直线l的倾斜角为120°,则该直线的一个方向向量为 ,答案不唯一 .
【分析】先求出直线的斜率k=tan120°=﹣,由此能求出该直线的一个方向向量.
解:在平面直角坐标系中,直线l的倾斜角为120°,
∴直线的斜率k=tan120°=﹣,
∴该直线的一个方向向量为,答案不唯一.
故答案为:,答案不唯一.
14.已知Sn为等比数列{an}的前n项和,S5=5,S10=15,则a16+a17+a18+a19+a20的值为 40 .
【分析】根据题意,设等比数列{an}的公比为q,则有S10﹣S5=q5(a1+a2+a3+a4+a5),求出q5,又由a16+a17+a18+a19+a20=q15(a1+a2+a3+a4+a5),计算可得答案.
解:根据题意,设等比数列{an}的公比为q,
若S5=5,即S5=a1+a2+a3+a4+a5=5,
又由S10=15,则S10﹣S5=a6+a7+a8+a9+a10=q5(a1+a2+a3+a4+a5)=10,
变形可得q5=2,则a16+a17+a18+a19+a20=q15(a1+a2+a3+a4+a5)=23×5=40,
故答案为:40.
15.已知Sn为数列{an}的前n项和,若a1=2,且对任意p,q∈N*,都有ap•aq=ap+q,则数列的最大值为 .
【分析】先令p=1,n=q,可知{an}是以2为首项,2为公比的等比数列,进而得到,再令,作差f(n+1)﹣f(n)可知当n=2时取得最大值.
解:令p=1,n=q,则a1an=an+1,即an+1=2an,
∴{an}是以2为首项,2为公比的等比数列,
∴,
令,则,
易知当n≥2时,f(n+1)<f(n),
又,
∴的最大值为.
故答案为:.
16.已知数列{an}满足a1=4,nan+1=2(n+1)an,则数列{an}的通项公式为 n⋅2n+1 ,若数列的前n项和Sn,则满足不等式Sn≥30的n的最小值为 6 .
【分析】根据题意,可得为等比数列,即可求得数列{an}的通项公式,即可求得数列,采用“裂项求和”求得Sn,解不等式即可求得n的取值范围.
解:由题意可知,,所以数列是以为首项,以2为公比的等比数列,
所以,,所以,
则,
所以,
由Sn≥30,即,2n﹣3≥n+2,解得n≥6,
所以n的最小值为6,
故答案为:n⋅2n+1;6.
四、解答题:本题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
17.已知数列{an}是公差为1的等差数列,且a1,a3,a9成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记,求数列{bn}的前n项和Tn.
【分析】(1)设等差数列的通项公式为an=a1+n﹣1,由于a1,a3,a9成等比数列,可得关于a1的方程,即可求得数列{an}的通项公式;
(2)把数列{an}的通项公式代入,即可求数列{bn}的前n项和Tn.
解:(1)设等差数列的通项公式为an=a1+n﹣1,由于a1,a3,a9成等比数列,
得,解得a1=1,
∴an=n;
(2)由题意,=n+3n﹣1,
∴.
18.已知△ABC顶点坐标分别是A(0,5),B(1,﹣2),C(﹣7,4).
(1)求过点C且与直线AB平行的直线方程;
(2)若点D(1,m2﹣2m+5),当实数m取遍一切实数时,求直线AD倾斜角的取值范围.
【分析】(1)先求出AB的斜率,从而得以与直线AB平行的直线的斜率,由此能求出所求直线的方程;
(2)求出直线AD的斜率为,由此能求出直线AD倾斜角的取值范围.
解:(1)由已知可得AB的斜率为,
所以与直线AB平行的直线的斜率也为﹣7,
从而所求直线的方程为y﹣4=﹣7(x+7),即y=﹣7x﹣45;
(2)由题意得直线AD的斜率为,
所以直线AD倾斜角的取值范围为.
19.某渔业养殖基地在2020年底共养殖各种鱼共13万尾,为向应国家号召,拟大力发展水产养殖.
(1)今年1月份投入鱼苗3万尾,如果从2月份起,以后的每个月比上一个月多投入鱼苗2000尾,那么今年底共有养殖鱼的数量是多少万尾?(精确到0.1,不计鱼苗损耗,确保成活)
(2)现计划今年投入鱼苗60万尾,到2023年底至少养殖800万尾,若今后新投入鱼苗的数量每年比上一年以等比递增,问2022年和2023年至少各投入多少万尾才能完成计划?
(参考数据,精确到1万个)
【分析】(1)由条件可得每月投入的鱼苗数量构成等差数列,再利用等差数列求和公式即可得解;
(2)由条件可得每年投入的鱼苗数量构成等比数列,借助等比数列前n项和求出公比即可.
解:(1)依题意,2021年每月投入的数量构成一个首项为3万,公差为0.2万的等差数列,2021年底一共养殖的数量为万尾.
故2021年年底共有鱼13+49.2=62.2万尾;
(2)依题意,从2021年起,每年新投入的数量构成一个首项为60万的等比数列,设公比为q,且q>1则60+60q+60q2≥800﹣13,即,解得,
所以2022年至少投入180万尾,2023年至少投入540万尾,才能完成计划.
20.已知数列{an}是递增的等比数列,且a2=2,a1﹣1,a2,a3成等差数列,数列{bn}满足a1b1+a2b2+⋯+anbn=(n﹣1)2n+1.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求证:数列{bn}是等差数列.
【分析】(1)设等比数列的通项公式为,其中q>1,由a1﹣1,a2,a3成等差数列,列方程求出q=2,由此能求出数列{an}的通项公式;
(2)由,得,当n=1时,b1=1,当n≥2时,,作差,得bn=n,从而bn+1﹣bn=1,由此能证明数列{bn}是等差数列.
解:(1)设等比数列的通项公式为,其中q>1,
由于a1﹣1,a2,a3成等差数列,则,解得q=2,
从而数列{an}的通项公式为;
(2)证明:因为,
即,
当n=1时,b1=1,
当n≥2时,,
作差,得,所以bn=n;
因此bn+1﹣bn=1,所以数列{bn}是等差数列.
21.在数列{an}中,,.
(1)求证:等比数列;
(2)已知数列{bn}满足.
①若数列{bn}的前n项和Tn,可以表示成,求♠处的代数式;
②若不等式对一切正整数n恒成立,求实数λ的取值范围.
【分析】(1)由,结合即可证明数列是以3为首项,3为公比的等比数列;
(2)①由(1)可知+1=3n,则,所以,从而利用错位相减求和法即可确定♠处的代数式;
②由①可知Tn+=2﹣,于是得不等式(﹣1)nλ<2﹣对一切正整数n恒成立,考虑{2﹣}是递增数列,从而分类讨论n为偶数和n为奇数两种情况即可确定λ的取值范围.
解:(1)证明:由,
又,所以数列是以3为首项,3为公比的等比数列;
(2)由(1)可知+1=3n,则,所以,
①Tn=+++…+,则Tn=+++…++,
两式相减得Tn=++…+﹣=﹣=1﹣,
则Tn=2﹣,又,所以♠的代数式为n+2;
②由①可知Tn+=2﹣,于是得不等式(﹣1)nλ<2﹣对一切正整数n恒成立,
显然{2﹣}是递增数列,当n为偶数时,λ<2﹣=,当n为奇数时,﹣λ<2﹣1=1,即λ>﹣1,
所以实数λ的取值范围为.
22.已知数列{an}的各项均为正数,记数列{an}的前n项和为Sn,数列{an2}的前n项和为Tn,且3Tn=Sn2+2Sn,n∈N*.
(Ⅰ)求a1的值;
(Ⅱ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅲ)若k,t∈N*,且S1,Sk﹣S1,St﹣Sk成等比数列,求k和t的值.
【分析】(I)由3Tn=Sn2+2Sn,n∈N*.n=1时,3T1=+2S1,可得≠0,解得a1.
(II)由3Tn=Sn2+2Sn,n∈N*.n≥2时,+2Sn﹣1,相减可得:=Sn2﹣+2an,
3an=Sn+Sn﹣1+2.可得3an+1=Sn+1+Sn+2,相减化为:an+1=2an.利用等比数列的通项公式即可得出.
(III)由(II)可得:Sn=2n﹣1.由S1,Sk﹣S1,St﹣Sk成等比数列,可得,2t﹣2=(2k﹣1)2﹣3•2k﹣1+1.,对k分类讨论即可得出.
解:(I)由3Tn=Sn2+2Sn,n∈N*.n=1时,3T1=+2S1,可得≠0,解得a1=1.
(II)由3Tn=Sn2+2Sn,n∈N*.n≥2时,+2Sn﹣1,相减可得:=Sn2﹣+2an,
∴3an=Sn+Sn﹣1+2.∴3an+1=Sn+1+Sn+2,可得:3an+1﹣3an=an+1+an,化为:an+1=2an.
n=1时,,可得+2(1+a2),a2>0,解得a2=2,满足上式.
∴数列{an}是等比数列,首项为1,公比为2.
∴an=2n﹣1.
(III)由(II)可得:Sn==2n﹣1.
由S1,Sk﹣S1,St﹣Sk成等比数列,∴,可得(2k﹣2)2=2t﹣2k.
化为:2t=(2k)2﹣3•2k+4,可得:2t﹣2=(2k﹣1)2﹣3•2k﹣1+1.(*)
k=1时不满足题意,∴k≥2.
k=2时,2t=8,解得t=3.
k≥3时,t=2时,化为2k=3,不成立舍去.
t≥3时,(*)左边为偶数,右边为奇数,不成立.
综上可得:t=3,k=2.