内容正文:
高中数学 选择性必修 第三册 B版
赢在微点 轻松课堂 数学
第五章
数列
5.3.2 等比数列的前n项和
第1课时 等比数列前n项和的概念
5.3 等比数列
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合作探究·攻重难
自主预习·明新知
5.3.2 第1课时 等比数列前n项和的概念
当堂检测·提素养
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一个人知道一则消息,他第一次对2个人说了,结果全城人中就有3个人知道了;这2个人又每人把消息告诉了2个人,结果全城人中就有7个人知道了。假如这样传播9次,全城中该有多少人知道了?
1.理解等比数列的前n项和公式并掌握公式推导思路;
2.会用等比数列的前n项和公式解决有关等比数列的一些简单问题。
知识点一、等比数列前n项和公式:
设等比数列{an}的公比为q,前n项和为Sn,则Sn=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(na1,q=1,,\f(a11-qn,1-q)=\f(a1-anq,1-q),q≠1。))
知识点二、错位相减法
1.推导等比数列前n项和的方法叫 法。
2.该方法一般适用于求一个 数列与一个 数列对应项积的前n项和,即若{bn}是公差d≠0的等差数列,{cn}是公比q≠1的等比数列,求数列{bn·cn}的前n项和Sn时,可以用这种方法。
错位相减
等差
等比
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。
更要注意的是应用该公式计算时,一定不要忽略q=1情况的讨论。
类型一 运用等比数列前n项和公式求基本量
【例1】 在等比数列{an}中,
(1)已知a1=-1,a4=64,求q和S4;
(2)已知a1=3,q=2,求a6,S6;
(3)已知a3=3,S3=9,求a1,q。
解 (1)因为a4=a1q3,所以64=-q3。所以q=-4,
所以S4=eq \f(a1-a4q,1-q)=eq \f(-1-64×-4,1--4)=51。
(2)a6=a1q5=3×25=96。
S6=eq \f(a11-q6,1-q)=eq \f(3×1-26,1-2)=189。
(3)由题意,得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a3=a1q2=3 ①,,S3=a11+q+q2=9 ②,))
令②÷①,得eq \f(1+q+q2,q2)=3,
所以2q2-q-1=0,所以q=1或q=-eq \f(1,2)。
当q=1时,a1=3;当q=-eq \f(1,2)时,a1=12。
在等比数列{an}中,首项a1与公比q是两个最基本的元素;有关等比数列的问题,均可化成关于a1,q的方程或方程组求解。解题过程中,要注意:
(1)选择适当的公式。
(2)利用等比数列的有关性质。
(3)注意在使用等比数列前n项和公式时,要考虑q是否等于1。
【变式训练】 (1)在等比数列{an}中,若a1+a3=10,a4+a6=eq \f(5,4),求a4和S5。
解 设公比为q,由通项公式及已知条件得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a1+a1q2=10,,a1q3+a1q5=\f(5,4),))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a11+q2=10 ①,,a1q31+q2=\f(5,4) ②。))因为a1≠0,1+q2≠0,所以②÷①得,q3=eq \f(1,8),即q=eq \f(1,2),
所以a1=8。
所以a4=a1q3=8×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3=1, S5=eq \f(a11-q5,1-q)=eq \f(8×\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5)),1-\f(1,2))=eq \f(31,2)。
(2)求数列{(-1)n+2}的前100项的和。
解 解法一:a1=(-1)3=-1,q=-1。
所以S100=eq \f(-1[1--1100],1--1)=0。
解法二:数列{(-1)n+2}为-1,1,-1,1,…,
所以S100=50×(-1+1)=0。
类型二 错位相减法求和
【例2】 已知正项等差数列{an}的前n项和为Sn,若S3=12,且2a1,a2,a3+1成等比数列。
(1)求{an}的通项公式;
(2)记bn=eq \f(an,3n)的前n项和为Tn,求Tn。
解 (1)设正项等差数列{an}的公差为d,则d>0。
因为S3=12,即a1+a2+a3=12,
所以3a2=12,所以a2=4。
又2a1,a2,a3+1成等比数列,
所以aeq \o\al(2,2)=2a1×(a3+1),
即42=2(4-d)×(4+d+1),
解得d=3或d=-4(舍去),
所以a1=a2-d=1,
故数列{an}的通项公式为an=3n-2。
(2)bn=eq \f(an,3n)=eq \f(3n-2,3n)=(3n-2)×eq \f(1,3n),
所以Tn=1×eq \f(1,3)+4×eq \f(1,32)+7×eq \f(1,33)+…+(3n-2)×eq \f(1,3n) ①,
①×eq \f(1,3)得,eq \f(1,3)Tn=1×eq \f(1,32)+4×eq \f(1,33)+7×eq \f(1,34)+…+(3n-5)×eq \f(1,3n)+(3n-2)×eq \f(1,3n+1) ②。
①-②得,eq \f(2,3)Tn=eq \f(1,3)+3×eq \f(1,32)+3×eq \f(1,33)+3×eq \f(1,34)+…+3×eq \f(1,3n)-(3n-2)×eq \f(1,3n+1)=eq \f(1,3)+3×eq \f(\f(1,32)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,3n-1))),1-\f(1,3))-(3n-2)×eq \f(1,3n+1)=eq \f(5,6)-eq \f(1,2)×eq \f(1,3n-1)-(3n-2)×eq \f(1,3n+1),
所以Tn=eq \f(5,4)-eq \f(1,4)×eq \f(1,3n-2)-eq \f(3n-2,2)×eq \f(1,3n)=eq \f(5,4)-eq \f(6n+5,4)×eq \f(1,3n)。
一般地,如果数列{an}是等差数列,{bn}是等比数列,求数列{anbn}的前n项和时,可采用错位相减法。
【变式训练】 已知数列{an}的通项公式an=n·2n,求该数列的前n项和Sn。
解 因为Sn=1×21+2×22+3×23+…+n·2n,
2Sn=1×22+2×23+…+(n-1)·2n+n·2n+1,
所以-Sn=2+22+23+…+2n-n·2n+1,
所以Sn=n·2n+1-(2+22+23+…+2n)
=n·2n+1-eq \f(21-2n,1-2)
=n·2n+1-(2n+1-2)
=(n-1)·2n+1+2。
1.等比数列{an}的各项都是正数,若a1=81,a5=16,则它的前5项的和是( )
A.179
B.211
C.243
D.275
解析 因为q4=eq \f(a5,a1)=eq \f(16,81)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))4,所以q=eq \f(2,3),所以S5=eq \f(a1-a5q,1-q)=eq \f(81-16×\f(2,3),1-\f(2,3))=211。
答案 B
答案与解析
2.等比数列的前n项和Sn=k·3n+1,则k的值为( )
A.全体实数
B.-1
C.1
D.3
解析 因为Sn==-·qn,又Sn=1+k·3n,所以=1,k=-=-1。
答案 B
答案与解析
答案与解析
3.在等比数列{an}中,若q=-2,S5=44,则a1的值为( )
A.4
B.-4
C.2
D.-2
A
$$