内容正文:
数列
4.3.2 等比数列的前n项和公式
第1课时 等比数列的前n项和公式
第四章
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数学 选择性必修 第二册 A
学习目标 1.探索并掌握等比数列前n项和公式.
2.理解等比数列的通项公式与前n项和公式的关系.
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课时梯级训练(10)
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知识点一 等比数列的前n项和公式
等比数列的前n项和公式
1.一般地,使用等比数列求和公式时需注意:
(1)一定不要忽略q=1的情况.
(2)知道首项a1、公比q和项数n,可以用Sn=;知道首尾两项a1,an和q,可以用Sn=.
(3)在通项公式和前n项和公式中共出现了五个量:a1,n,q,an,Sn.知道其中任意三个,可求其余两个.
2.两种思想:关于等比数列前n项和公式的基本运算,多运用方程的思想,解决两个基本量:首项a1和公比q,从而求出通项公式.同时此类问题在求解中经常使用整体代换的思想.
3.等比数列前n项和公式的推导过程,体现的是“错位相减”的方法.
[例1] 在等比数列{an}中,
(1)S2=30,S3=155,求Sn;
(2)a1+a3=10,a4+a6=,求S5;
(3)a1+an=66,a2an-1=128,Sn=126,求q.
(1)设等比数列{an}的首项为a1,公比为q,由题意知
解得或
从而Sn=×5n+1-或Sn=.
(2)方法一 设等比数列{an}的首项为a1,公比为q,由题意知解得
则S5==.
方法二 由(a1+a3)q3=a4+a6,得q3=,从而q=.
因为a1+a3=a1(1+q2)=10,
所以a1=8,则S5==.
(3)因为a2an-1=a1an=128,
所以a1,an是方程x2-66x+128=0的两根,
可得或
又Sn==126,所以q的值为2或.
等比数列前n项和的运算技巧
(1)在解决与前n项和有关的问题时,首先要对公比q=1或q≠1进行判断,若两种情况都有可能,则要分类讨论.
(2)在等比数列{an}的五个量a1,q,an,n,Sn中,a1与q是最基本的元素,在条件与结论间的联系不明显时,均可以用a1与q列方程组求解.
[练1] (2024·重庆巴蜀中学期末)等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=2且S8=17S4,则S3=( )
A.6 B.6或14
C.-6或14 D.2或6或14
设等比数列{an}的公比为q,
则当S4=0时,q=-1,所以S3=2.
当S4≠0时,若q=1,则==2≠17,
所以q≠1,
S8==17×=17S4,即1-q8=17(1-q4),
又因为q≠1,所以1+q4=17,解得q4=16,
所以q=±2,所以S3==6或14,
综上,S3=2或6或14.
[练2] (2023·全国甲卷)记Sn为等比数列{an}的前n项和.若8S6=7S3,则{an}的公比为________.
答案:-
由8S6=7S3,可知数列{an}的公比q≠1,
所以8·=7·,
即8·(1-q6)=7·(1-q3),即8·(1+q3)=7,
解得q=-.
知识点二 等比数列前n项和的性质
等比数列前n项和的有关性质
(1)等比数列{an}中,若项数为2n,则=q;若项数为2n+1,则=q.
(2)若等比数列{an}的前n项和为Sn,则Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…成等比数列(其中Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…均不为0).
(3)数列{an}的前n项和Sn=Aqn-A(A≠0,q≠0,q≠1,n∈N*)⇒数列{an}为等比数列.
[例2] (1)(2021·全国甲卷)记Sn为等比数列{an}的前n项和.若S2=4,S4=6,则S6=( )
A.7 B.8 C.9 D.10
(2)一个等比数列的首项为1,项数是偶数,其奇数项的和为85,偶数项的和为170,则此数列的公比为________,项数为________.
(1)因为等比数列{an}的前n项和有如下的性质:S2,S4-S2,S6-S4成等比数列,所以4,2,S6-6成等比数列,即22=4(S6-6),解得S6=7.
(2)设数列为{an},其公比为q,项数为2n,由等比数列前n项和的有关性质可得=q,得q=2,所以=85,4n=256,故得n=4,故项数为8.
运用等比数列前n项和性质解题的策略
(1)牢记并熟练运用等比数列及其前n项和的性质是基础.
(2)运用方程思想、整体思想是解题的关键.
[练3] (2023·新课标Ⅱ卷)记Sn为等比数列{an}的前n项和,若S4=-5,S6=21S2,则S8=( )
A.120 B.85
C.-85 D.-120
方法一 设等比数列{an}的公比为q(q≠0),由题意易知q≠1,则,化简整理得所以S8==×(1-44)=-85.
方法二 易知S2,S4-S2,S6-S4,S8-S6,…为等比数列,所以(S4-S2)2=S2·(S6-S4),解得S2=-1或S2=.当S2=-1时,由(S6-S4)2=(S4-S2)·(S8-86),解得S8=-85;当S2=时,结合S4=-5得,化简可得q2=-5,不成立,舍去.所以S8=-85.
[练4] 一个项数为偶数的等比数列{an},全部各项之和为偶数项之和的4倍,前3项之积为64,求数列的通项公式.
设数列{an}的首项为a1,公比为q,
所有奇数项、偶数项之和分别记作S奇,S偶.
由题意可知,S奇+S偶=4S偶,即S奇=3S偶.
因为数列{an}的项数为偶数,所以有q==.
又因为a1·a1q·a1q2=64,所以a·q3=64,即a1=12,
故所求通项公式为an=12×()n-1.
1.知识清单
(1)等比数列前n项和及其计算公式.
(2)等比数列前n项和的性质及应用.
2.方法归纳:函数与方程思想、整体思想.
3.常见误区:利用求和公式求和时易漏掉对公比是否为1进行讨论而致错.
◎随堂演练
1.首项为a的数列{an}既是等差数列,又是等比数列,则这个数列的前n项和Sn为( )
A.an-1 B.an
C.(n-1)a D.na
既是等差数列又是等比数列的数列为常数列.
2.等比数列1,x,x2,x3,…的前n项和Sn等于( )
A.
B.
C.
D.
当x=1时,Sn=n;当x≠1且x≠0时,Sn=.
3.在正项等比数列{an}中,Sn为其前n项和,若Sn=6,S3n=78,则S5n=( )
A.786 B.240 C.486 D.726
因为{an}为等比数列,所以Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…仍为等比数列.
设S2n=x,因为Sn=6,S3n=78,所以6,x-6,78-x成等比数列.
由(x-6)2=6(78-x),解得x=24或x=-18(舍去),
所以数列Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…的公比为3.
因为Sn=6,S2n-Sn=18,S3n-S2n=54,
所以S4n-S3n=162,S5n-S4n=486,
故S4n=240,S5n=726.
$$