内容正文:
5.3.2 等比数列的前n项和
1.掌握等比数列的前n项和公式及其应用.(重点)
2.掌握等比数列前n项和的性质,能灵活运用等比数列前n项和的性质解题.(易混点)
3.会用错位相减法求数列的和.(难点)
1.通过等比数列前n项和公式的学习,培养逻辑推理、数学运算的素养.
2.借助错位相减法求数列的和的方法,提升数学运算素养.
计算机已经成为现代生活不可缺少的一部分,而且计算机也在不断更新换代,同时,计算机病毒也在不断升级.某种计算机病毒用两分钟就将病毒由一台计算机传给两台,这两台又用两分钟各传给未感染的另外两台计算机,如此继续下去.如果病毒按照上述方式共传播了30分钟,那么受该病毒感染的计算机共有多少台?
知识点1 等比数列的前n项和公式
1.等比数列求和应注意什么?
[提示] 公比q是否等于1.
(1)q≠1时,公式Sn=与Sn=是等价的,利用an=a1qn-1可以实现它们之间的相互转化.
当已知a1,q与n时,用Sn=较方便;
当已知a1,q与an时,用Sn=较方便.
(2)对于等比数列的a1,an,n,q,Sn五个相关量,知道其中任意三个量,都可以利用方程求出其余两个量.
1.已知正项等比数列{an}中,a1=1,a5=16,则数列{an}的前7项和为( )
A.63 B.64
C.127 D.128
C [由题意可知,a5=a1q4,即q4==16,
又q>0,∴q=2.
∴S7==127,故选C.]
知识点2 等比数列前n项和公式的函数特性
(1)当公比q≠1时,等比数列的前n项和公式是Sn=,它可以变形为Sn=-·qn+,设A=,则上式可写成Sn=-Aqn+A的形式.则数列S1,S2,S3,…,Sn,…的图像是函数y=-Aqx+A图像上的一群孤立的点.
由此可见,非常数列的等比数列的前n项和Sn是一个关于n的指数型函数与一个常数的和,且指数型函数的系数与常数项互为相反数.
(2)当公比q=1时,因为a1≠0,所以Sn=na1,则数列S1,S2,S3,…,Sn,…的图像是正比例函数y=a1x图像上的一群孤立的点.
2.如果数列{an}的前n项和为Sn=-Aqn+A(Aq≠0,q≠1,n∈N+),那么这个数列一定是等比数列吗?
[提示] 一定.理由如下:由于Sn=-Aqn+A,则当n=1时,S1=a1=A(1-q);当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(-Aqn+A)-(-Aqn-1+A)=Aqn-1(1-q),而当n=1时也符合该式.故数列{an}的通项公式为an=Aqn-1(1-q)(n∈N+),并且==q(常数),则数列{an}是等比数列,其中首项为a1=A(1-q),公比为q.
由上可知,“数列{an}是等比数列⇔Sn=-Aqn+A(Aq≠0,q≠1,n∈N+)”可作为判定非常数列{an}是等比数列的一个依据.
2.等比数列{an}的前n项和为Sn,点(n,Sn)在函数y=3x+1+m的图像上,则m=__________.
-3 [∵点(n,Sn)在函数y=3x+1+m的图像上,
∴Sn=3n+1+m=3×3n+m.
由Sn=-Aqn+A,比较可得m=-3.]
知识点3 等比数列前n项和的性质
设等比数列{an}的前n项和为Sn,公比为q,则利用等比数列的通项公式及前n项和公式可推得等比数列的前n项和具有以下性质.
(1)当q=1时,=;当q≠±1时,=.
(2)Sn+m=Sm+qmSn=Sn+qnSm.
(3)设S偶与S奇分别是偶数项的和与奇数项的和.若项数为2n,则=q;若项数为2n+1,则=q.
(4)当q≠-1时,连续m项的和(如Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…)仍组成等比数列(公比为qm,m≥2).
(1)当q=-1且k为偶数时,Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…不是等比数列;
(2)当q≠-1,或q=-1且k为奇数时,Sk,S2k-Sk,S3k-S2k,…是等比数列.
由(1)(2)可知,当连续m项的和(如Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…)不为零时,性质(4)才成立.
3.已知一个等比数列的首项为1,项数是偶数,其奇数项之和为85,偶数项之和为170,则这个数列的公比q=__________.
2 [法一:设S偶与S奇分别是该等比数列偶数项的和与奇数项的和,则S偶=q·S奇,∴q==2.
法二:设该等比数列的项数为2n,易得该等比数列的奇数项和偶数项也分别成等比数列,且公比均为q2,
∴=85①,=170 ②,
∴②÷①得,q=2.
类型1 等比数列前n项和公式基本量的运算
【例1】 (对接教材)在等比数列{an}中.
(1)若q=2,S4=1,求S8;
(2)若a1+a3=10,a4+a6=,求a4和S5.
[解] (1)法一:设首项为a1,∵q=2,S4=1