2025北师大版步步高选择性必修第二册培优课 等差数列前n项和的最值的求法.DOCX

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培优课等差数列前n项和的最值的求法

等差数列{an}中若公差d≠0,则它的前n项和Sn是关于n的二次函数,故有最值,若a10,d0,则Sn存在最大值;若a10,d0,则Sn存在最小值.求最值的方法大致有三种方法:

一、找转折项法:

①当a10,d0时,满足eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(am≥0,,am+1≤0))的项数m使得Sn取得最大值为Sm;

②当a10,d0时,满足eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(am≤0,,am+1≥0))的项数m使得Sn取得最小值为Sm.

二、函数法:利用等差数列前n项和的函数表达式Sn=an2+bn,通过配方或借助图象求二次函数最值的方法求解.

三、图象法:作Sn=An2+Bn(A≠0)的图象,然后利用对称性得到Sn取得最大(小)值时的n的值.

类型一找转折项

例1已知数列{an}的前n项和为Sn,Sn=nan+n(n-1),________.指出S1,S2,…,Sn中哪一项最大,并说明理由.

从①S120,S130,②a2+a6=10这两个条件中任选一个,补充在上面问题中,并作答.

注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.

解因为Sn=nan+n(n-1),

所以当n≥2时,Sn=n(Sn-Sn-1)+n(n-1),

即(n-1)Sn=nSn-1-n(n-1),

即eq\f(Sn,n)=eq\f(Sn-1,n-1)-1,即eq\f(Sn,n)-eq\f(Sn-1,n-1)=-1.

所以eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(Sn,n)))是以S1为首项,-1为公差的等差数列,

所以eq\f(Sn,n)=S1+(n-1)×(-1)=1+a1-n,

所以Sn=(1+a1-n)n,

当n=1时,a1=S1成立,

当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(1+a1-n)n-[1+a1-(n-1)]·(n-1)=a1+2-2n,

a1=S1满足an=a1+2-2n,

所以an=a1+2-2n(n∈N+),

故an+1=a1-2n,故an+1-an=-2,

所以{an}为等差数列.

若选①,因为S120,S130,

则S12=eq\f(12(a1+a12),2)=6(2a1-22)0,

可得a111,

S13=eq\f(13(a1+a13),2)=13a7=13(a1-12)0,

可得a112,所以11a112,

所以a6=a1-100,a7=a1-120,

故S6最大.

若选②,因为a2+a6=10,

所以a2+a6=2a4=2[a1+3×(-2)]=10,

解得a1=11,故an=13-2n(n∈N+),

故a60,a70,故S6最大.

类型二函数法

例2在数列{an}中,2an=an-1+an+1(n≥2),且a2=10,a5=-5,

(1)求{an}的通项公式;

(2)求{an}的前n项和Sn的最大值.

解(1)因为2an=an-1+an+1(n≥2),

所以an+1-an=an-an-1(n≥2),

所以数列{an}为等差数列,

设首项为a1,公差为d,

则eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2=a1+d=10,,a5=a1+4d=-5,))解得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1=15,,d=-5,))

所以an=a1+(n-1)d=15-5(n-1)

=-5n+20(n∈N+).

(2)由(1)可知Sn=na1+eq\f(n(n-1),2)d

=eq\f(d,2)n2+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a1-\f(d,2)))n=-eq\f(5,2)n2+eq\f(35,2)n

=-eq\f(5,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n-\f(7,2)))eq\s\up12(2)+eq\f(245,8),

所以当n=3或4时,Sn取得最大值为S3=S4=30.

类型三图象法

例3(多选)已知等差数列{an}的公差为d(d≠0),前n项和为Sn,若S8=S12,则下列说法中正确的有()

A.当n=20时,Sn=0

B.当n=10时,Sn取得最大值

C.当d0时,a9+a130

D.当d0时,|a10||a12|

答案AC

解析因S8=S12,故2a1+19d=0,即a1=-eq\f(19,2)d.

Sn=na1+eq\f(n(n-1),2)d=-eq\f(19,2)dn+eq\f(n(n-1),2)d

=eq\f(d,2)(n-10)2-50d,

作出对应二次函数的大致图象如图所示,

当d0时,如图(1),当d0时,如图(2).

由图象可知,A正确,B错误;

当d0时,如图(1),S1

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