内容正文:
§6.4 数列求和
★[考试要求]
1.掌握等差、等比数列的前n项和公式.2.掌握特殊的非等差、等比数列的几种常见的求和方法.
学生用书 P104
1.公式法
(1)等差数列的前n项和公式
Sn=
n(a1+an)
2 =na1+
n(n-1)
2 d
;
(2)等比数列的前n项和公式
Sn=
na1,q=1,
a1(1-qn)
1-q =
a1-anq
1-q
,q≠1.
ì
î
í
ïï
ï
2.几种数列求和的常用方法
(1)分组求和法:一个数列的通项公式是由若干个等
差或等比或可求和的数列组成的,则求和时可用
分组求和法,分别求和后相加、减.
(2)裂项相消法:把数列的通项拆成两项之差,在求和
时中间的一些项可以相互抵消(注意消项规律),
从而求得前n项和.
(3)错位相减法:如果一个数列的各项是由一个等差
数列和一个等比数列的对应项之积构成的,那么
求这个数列的前n项和即可用错位相减法求解.
(4)倒序相加法:如果一个数列{an}与首末两端等“距
离”的两项的和相等或等于同一个常数,那么求这
个数列的前n项和即可用倒序相加法求解.
(5)并项求和法:一个数列的前n项和中,可两两结合
求解,则称之为并项求和.形如an=(-1)nf(n)类
型,可采用两项合并求解.
一些常见数列的前n项和公式
1.1+2+3+4++n=n
(n+1)
2 .
2.12+22++n2=n
(n+1)(2n+1)
6 .
3.裂项求和常用的三种变形
(1) 1n(n+1)=
1
n-
1
n+1.
(2) 1(2n-1)(2n+1)=
1
2
1
2n-1-
1
2n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷.
(3) 1
n+ n+1
= n+1- n.
4.在应用错位相减法求和时,若等比数列的公比为参
数,应分公比等于1和不等于1两种情况求解.
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或
“×”)
(1)若数列{an}为等比数列,且公比不等于1,则其前
n项和Sn=
a1-an+1
1-q .
(√)
(2)当n≥2时, 1
n2-1
=12
1
n-1-
1
n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷. (√)
(3)求Sn=a+2a2+3a3++nan 时,只要把上式等
号两边同时乘a即可根据错位相减法求得.(×)
(4)求数列 12n
+2n+3{ }的前n项和可用分组转化法
求和. (√)
2.数列{an}的前n项和为Sn,若an=
1
n(n+1)
,则S5
等于 ( )
A.1 B.56 C.
1
6 D.
1
30
解析:B [∵an=
1
n(n+1)=
1
n-
1
n+1
,∴S5=a1+
a2++a5=1-
1
2+
1
2-
1
3+
+15-
1
6=
5
6.
]
3.已知数列{an}的前n项和为Sn 且an=n2n,则Sn
= ( )
A.(n-1)2n+1+2 B.(n+1)2n+1-2
C.2n+1-2 D.n2n+1-2
解析:A [Sn=1×2+2×22+3×23++n×
2n,①
所以2Sn=1×22+2×23+3×24++n×2n+1,②
①-②得-Sn=2+22+23++2n-n×2n+1=
2×(1-2n)
1-2 -n×2
n+1,
所以Sn=(n-1)2n+1+2.]
4.若数列{an}的通项公式为an=2n+2n-1,则数列
{an}的前n项和为 .
解析:Sn =
2(1-2n)
1-2 +
n(1+2n-1)
2 =2
n+1 -2
+n2.
答案:2n+1-2+n2
751
第六章 数列
学生用书 P105
分组求和与并项求和
[例1] 已知数列{an}满足a1=1,且对任意正整数n
都有an+1=an+n+1,n∈N∗ .
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设数列 {bn}的前n 项和为Tn,bn =n- (-
1)nan,求T2n.
[解] (1)因为数列{an}满足a1=1,且对任意正整
数n都有an+1=an+n+1,n∈N∗ ,
则an+1-an=n+1,
所以,a2-a1=2,a3-a2=3,a4-a3=4,,an+1-
an=n+1,
上述n个等式全加得an+1-a1=2+3+4++(n
+1)=n
(2+n+1)
2 =
n2+3n
2
,
所以,an+1=1+
n2+3n
2 =
n2+3n+2
2 =
(n+1)(n+2)
2
,
故当 n≥2 时,an =
n(n+1)
2
,a1 =1 也 满 足 an
=n
(n+1)
2
,
故对任意的n∈N∗ ,an=
n(n+1)
2 .
(2)因为bn=n-(-1)nan=n-(-1)n
n(n+1)
2
,
对 任 意 的 k∈ N∗ ,b2k-1 +b2k = (2k-1)+
2k(2k-1)
2 +2k-
2k(2k+1)
2 =4k-1-2k=2k-1
,
所以,T2n=(b1+b2)+(b3+b4)+(b5+b6)++
(b2n-1+b2n)
=1+3+5++(2n-1)=n
(1+2n-1)
2 =n
2.
1.分组转化求和通法
若一个数列能分解转化为几个能求和的新数列
的和或差,可借助求和公式求得原数列的和.求
解时应通过对数列通项结构特点进行分析研究,
将数列的通项合理分解转化.
2.分组转化求和的常见类型
(1)若an=bn±cn,且{bn},{cn}为等差或等比数列,
可采用分组求和法求{an}的前n项和.
(2)若an=
bn,n为奇数,
cn,n为偶数,{ 且数列{bn},{cn}是等比
数列或等差数列,可采用分组求和法求和.
已知数列{an}满足a1=1,an+1+2an=3n-5,n
∈N∗ .
(1)设bn=an-n+2,证明:{bn}是等比数列;
(2)求数列{an}的前n项和Sn.
解:(1)因为an+1+2an=3n-5,n∈N∗ ,
所以an+1-(n+1)+2=-2an+2n-4,
即an+1-(n+1)+2=-2(an-n+2),所以bn+1=
-2bn,
又b1=a1-1+2=2≠0,则
bn+1
bn
=-2.
所以{bn}是以2为首项,-2为公比的等比数列.
(2)由(1)可知,bn=b1(-2)n-1=2×(-2)n-1,
由于an=bn+n-2,所以an=2×(-2)n-1+n-2,
所以Sn=a1+a2+a3++an
=2×(-2)0+(-1)+2×(-2)1+0+2×(-2)2
+1++2×(-2)n-1+n-2
=2×(-2)0+2×(-2)1+2×(-2)2++2×
(-2)n-1+[(-1)+0+1++(n-2)]
=2×[(-2)0+(-2)1+(-2)2++(-2)n-1]
+[(-1)+0+1++(n-2)]
=2×1-
(-2)n
1-(-2)+
n[(-1)+(n-2)]
2
=23-
2×(-2)n
3 +
n(n-3)
2 .
裂项相消法求和
[例2] (2022新高考Ⅰ卷)记Sn 为数列{an}的前
n项和,已知a1=1,
Sn
an{ }是公差为
1
3
的等差数列.
(1)求{an}的通项公式;
(2)证明:1a1
+1a2
++1an
<2.
[解] (1)∵a1=1,∴S1=a1=1,∴
S1
a1
=1,
又∵ Snan{ }是公差为
1
3
的等差数列,
∴
Sn
an
=1+13
(n-1)=n+23
,∴Sn=
(n+2)an
3
,
∴当n≥2时,Sn-1=
(n+1)an-1
3
,
∴an=Sn-Sn-1=
(n+2)an
3 -
(n+1)an-1
3
,
整理得:(n-1)an=(n+1)an-1,
851
高考总复习 数学 A版
即
an
an-1
=n+1n-1
,
∴an=a1×
a2
a1
×
a3
a2
××
an-1
an-2
×
an
an-1
=1×32×
4
3×
× nn-2×
n+1
n-1=
n(n+1)
2
,
显然对于n=1也成立,
∴{an}的通项公式an=
n(n+1)
2
;
(2)1an
= 2n(n+1)=2
1
n-
1
n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷,
∴1a1
+1a2
++1an
=2 1-12
æ
è
ç
ö
ø
÷+ 12-
1
3
æ
è
ç
ö
ø
÷+ 1n-
1
n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷[ ]
=21- 1n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷<2
破解裂项相消求和的关键点
(1)定通项:根据已知条件求出数列的通项公式;
(2)巧裂项:根据通项公式的特征进行准确裂项,把
数列的每一项,表示为两项之差的形式;
(3)消项求和:通过累加抵消掉中间的项,达到消项
的目的,准确求和.
[注意] ①裂项原则:一般是前边裂几项,后边就
裂几项,直到发现被消去项的规律为止.
②消项规律:消项后前边剩几项,后边就剩几项,前
边剩第几项,后边就剩倒数第几项.
(2024天津卷)已知数列{an}是等比数列,公比大
于0.其前n项和为Sn.若a1=1,S2=a3-1.
(1)求数列{an}的前n项和Sn;
(2)设bn=
k,n=ak
bn-1+2k,ak<n<ak+1{ ,k∈N
∗ .
(ⅰ)当k≥2,n=ak+1时,求证:bn-1≥akbn;
(ⅱ)求∑
Sn
i=1
bi.
解:(1)设等比数列{an}的公比为q>0,
因为a1=1,S2=a3-1,即a1+a2=a3-1,
可得1+q=q2-1,整理得q2-q-2=0,
解得q=2或q=-1(舍去),
所以Sn=
1-2n
1-2=2
n-1.
(2)(i)由(1)可知an=2n-1,且k∈N∗ ,k≥2,
当n=ak+1=2k≥4时,
则
ak=2k-1<2k-1=n-1
n-1=ak+1-1<ak+1{ ,即ak<n-1<ak+1
可知ak=2k-1,bn=k+1,
bn-1=bak+(ak+1-ak-1)2k=k+2k(2
k-1-1)
=k(2k-1),
可得bn-1-akbn=k(2k-1)-(k+1)2k-1
=(k-1)2k-1-k≥2(k-1)-k=k-2≥0,
当且仅当k=2时,等号成立,
所以bn-1≥akbn;
(i)由(1)可知:Sn=2n-1=an+1-1,
若n=1,则S1=1,b1=1;
若n≥2,则ak+1-ak=2k-1,
当2k-1<i≤2k-1时,bi-bi-1=2k,可知{bi}为等
差数列,
可得 ∑
2k-1
i=2k-1
bi=k2k-1+2k
2k-1(2k-1-1)
2 =k
4k-1
=19
[(3k-1)4k-(3k-4)4k-1],
所以∑
Sn
i=1
bi=1+
1
9
[5×42-2×4+8×43-5×42+
+(3n-1)4n-(3n-4)4n-1]=
(3n-1)4n+1
9
,
且n=1符合上式,综上所述:
∑
Sn
i=1
bi=
(3n-1)4n+1
9 .
错位相减法求和
[例3] 已知数列an 是公比q>1的等比数列,前三
项和为13,且a1,a2+2,a3 恰好分别是等差数列
{bn}的第一项,第三项,第五项.
(1)求{an}和{bn}的通项公式;
(2)已 知 k ∈ N∗ ,数 列 {cn }满 足 cn =
1
bnbn+2
,n=2k-1
anbn,n=2k
ì
î
í
ïï
ï
,求数列{cn}的前2n项和S2n.
[解] (1)由
a1+a2+a3=13
2(a2+2)=a1+a3{ ,
得
a1(1+q+q2)=13
a1(1-2q+q2)=4{ 解得
a1=1
q=3{ 或
a1=9
q=13
ì
î
í
ïï
ï
,
又∵q>1,则
a1=1
q=3{ ,∴an=3
n-1(n∈N∗).
设等差数列{bn}的公差为d,由题意得,b1=a1=1,
b3=a2+2=3+2=5
即
b1=1
b1+2d=5{ 解得
b1=1
d=2{ ,所以bn=2n-1(n∈N
∗).
951
第六章 数列
(2)n =2k -1 时,cn =c2k-1 =
1
b2k-1b2k+1
=
1
(4k-3)(4k+1)=
1
4
1
4k-3-
1
4k+1
æ
è
ç
ö
ø
÷,
∴S奇 =c1+c3+c5++c2n-1
=14
1
1-
1
5
æ
è
ç
ö
ø
÷+14
1
5-
1
9
æ
è
ç
ö
ø
÷+14
1
9-
1
13
æ
è
ç
ö
ø
÷++
1
4
1
4n-3-
1
4n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷=
1
4
1
1-
1
5
æ
è
ç
ö
ø
÷+ 15-
1
9
æ
è
ç
ö
ø
÷+ 19-
1
13
æ
è
ç
ö
ø
÷[
++ 14n-3-
1
4n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷ ]
=14 1-
1
4n+1
æ
è
ç
ö
ø
÷= n4n+1.
n=2k时,cn=c2k=a2kb2k=(4k-1)×32k-1
∴S偶 =c2+c4+c6++c2n
S偶 =3×31+7×33+11×35++(4n-1)×
32n-1,①
9S偶 =3×33+7×35++(4n-5)×32n-1+(4n-
1)×32n+1,②
由①-②可得,
-8S偶 =3×31+4×33+4×35++4×32n-1-
(4n-1)×32n+1
=9+4×3
3-4×32n-1×9
1-9 -
(4n-1)32n+1
∴S偶 =
(8n-3)32n+1+9
16
∴S2n =S奇 +S偶 =
n
4n+1+
(8n-3)32n+1+9
16
(n∈N∗ ).
(1)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,常采用错位相减法.
(2)错位相减法求和时,应注意:
①在写出“Sn”与“qSn”的表达式时应特别注意
将两式“错项对齐”,以便于下一步准确地写出
“Sn-qSn”的表达式.
②应用等比数列求和公式时必须注意公比q是
否等于1,如果q=1,应用公式Sn=na1.
在数列{an}中,a1+2a2+3a3++nan=3n-1.
(1)求{an}的通项公式;
(2)若bn=
n(n+1)an
2
,求数列{bn}的前n项和Sn.
解:(1)当n=1时,a1=31-1=2,
当n≥2时,则a1+2a2+3a3++nan=3n-1,得
a1+2a2+3a3++(n-1)an-1=3n-1-1,
两式相减得,nan=3n-1-3n-1+1=2×3n-1,所以
an=
2×3n-1
n
,
因为a1=2满足上式,所以an=
2×3n-1
n .
(2)由(1)得bn=
n(n+1)an
2 =
n(n+1)
2
2×3
n-1
n
=(n+1)×3n-1,
所以Sn=2×30+3×31+4×32++n×3n-2+
(n+1)×3n-1,
所以3Sn=2×31+3×32+4×33++n×3n-1+
(n+1)×3n,
所以-2Sn=2+31+32+33++3n-1-(n+1)×3n
=1+1-3
n
1-3-
(n+1)×3n=12-
2n+1
2 ×3
n,
所以Sn=
2n+1
4 ×3
n-14=
(2n+1)3n-1
4 .
§6.5 数列中的综合问题
★[考试要求]
数列是高中数学的重要内容,是学习高等数学的基础,也是高考的重点考查内容之一.高考数列命题主要
有以下三方面:(1)考查数列本身的有关知识,要求能用等差或等比数列的概念、性质、通项公式和求和公式求
解;(2)数列与其他知识的结合,如数列与函数、方程、不等式、几何等的结合;(3)数列的实际应用问题.
学生用书 P108
等差数列、等比数列的综合运算
[例1] 已知数列{an}的奇数项成等差数列,偶数
项成等比数列,且公差和公比都是2,若对满足
m+n≤5的任意正整数m,n,均有am+an=am+n
成立.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)令bn=
a2n-1
a2n
,求数列{bn}的前n项和Tn.
[解] (1)由题意,令m=n=1,则a1+a1=a2,
即a2=2a1,
令m=1,n=2,得a1+a2=a3,
061
高考总复习 数学 A版