4.3.2 第1课时 等比数列的前n项和公式-【金版新学案】2025-2026学年高中数学选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套课件PPT(人教A版)

2026-02-15
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教A版选择性必修第二册
年级 高二
章节 4.3.2等比数列的前n项和公式
类型 课件
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2026-2027
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 PPTX
文件大小 6.82 MB
发布时间 2026-02-15
更新时间 2026-02-15
作者 山东正禾大教育科技有限公司
品牌系列 金版新学案·高中同步课堂高效讲义
审核时间 2026-02-15
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来源 学科网

摘要:

该高中数学课件聚焦等比数列前n项和公式,通过问题导思引导学生从Sn与qSn关系、定义法两种路径推导公式,衔接通项公式,构建从具体运算到抽象公式的学习支架,帮助学生理解知识脉络。 其亮点在于以问题驱动探究,通过双路径推导培养数学抽象,典例变式结合方程思想提升数学运算,函数特性分析发展逻辑推理,分层评价巩固学习效果。学生能提升核心素养,教师可获得系统教学资源,高效实施教学。

内容正文:

  第四章 单元学习三 等比数列 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 学习目标 1.探索并掌握等比数列的前n项和公式,理解等比数列通项公式与前n项和公式的关系. 2.会求解与等比数列前n项和有关的基本运算,培养数学运算的核心素养. 3.掌握等比数列前n项和公式的函数特征及其应用,提升逻辑推理、数学运算的核心素养. 内容索引 任务一 等比数列的前n项和公式 1 任务二 等比数列前n项和公式的函数特性 2 课时分层评价 4 随堂评价 3 任务一 等比数列的前n项和公式 返回 (阅读教材P34—35,完成探究问题1、2) 问题1.若等比数列{an}的首项是a1,公比是q,你能根据Sn与qSn的关系推导该等比数列的前n项和的公式吗? 提示:能.因为Sn=a1+a2+a3+…++an,所以Sn=a1+a1q+a1q2+…+a1+a1①,上式中每一项都乘等比数列的公比可得qSn=a1q+a1q2+a1q3+…+a1+a1qn②, 发现①②两式中有很多相同的项,两式相减可得Sn-qSn=a1-a1qn,即(1-q)Sn=a1(1-qn),当q≠1时,有Sn=,而当q=1时,Sn=na1. 问题导思 问题2.当q≠1时,由等比数列的定义得==…==q,你能依据上式推导前n项和的公式吗? 提示:能.当q≠1时,由等比数列的定义得==…==q,根据等比数列的性质,有==q,=q⇒(1-q)Sn=a1-anq,所以当q≠1时,Sn=,该推导方法围绕基本概念,从等比数列的定义出发,运用等比数列的性质,推导出了公式. 等比数列的前n项和公式 新知构建 已知量 首项、公比与项数 首项、公比与末项 求和 公式 公式一 Sn= 公式二 Sn= (1)等比数列前n项和公式分q=1与q≠1两种情况,因此当公比未知或是代数式时,要对公比分类讨论. (2)当q≠1时,若已知a1,q和n,则用Sn=较方便,若已知a1,an及q,则用Sn=较方便. (3)解决等比数列的问题时,a1,an,n,q,Sn五个量中,知道任意三个,由通项公式和前n项和公式,可求出另外两个. 微提醒 (链教材P35例7)已知数列{an}是等比数列. (1)若a1+a3=10,a4+a6=,求S5; 典例 1 解:法一:由题意知 解得 从而S5==. 法二:由(a1+a3)q3=a4+a6, 得q3=,从而q=. 又a1+a3=a1(1+q2)=10, 所以a1=8,从而S5==. (2)若Sn=189,q=2,an=96,求a1和n; 解:法一:由Sn=,an=a1以及已知条件,得 所以a1·2n=192,所以2n=. 于是189=a1(2n-1)=a1, 所以a1=3. 又因为2n-1==32,故n=6. 法二:由公式Sn=及已知条件,得189=,解得a1=3. 又由an=a1·,得96=3·2n-1,解得n=6. (3)若S3+S6=S9,求其公比q. 解:若q=1,则S3=3a1,S6=6a1,S9=9a1,显然满足S3+S6=S9,所以q=1符合题意; 若q≠1,则+=, 整理得(q6-1)(q3-1)=0,解得q=-1(q=1舍去). 综上,公比q的值等于1或-1. 变式探究 (变条件)本例(3)中,若将条件改为“数列{an}是等比数列,且S3=3a3”,求其公比q的值. 解:法一:当q=1时,S3=3a1=3a3,符合题意; 当q≠1时,=3a1q2,因为a1≠0,所以1-q3=3q2(1-q),解得q=-,(q=1舍去). 综上,q=1,或q=-. 法二:由S3=3a3可知a1+a2+a3=3a3,即a1+a1q-2a1q2=0. 由于a1≠0,则2q2-q-1=0,解得q=1,或q=-. 等比数列前n项和运算的技巧 1.方程思想:在等比数列的通项公式和前n项和公式中,共涉及五个量:a1,an,n,q,Sn,其中首项a1和公比q为基本量,且“知三求二”,常常列方程组来解答. 2.整体思想:对于基本量的计算,列方程组求解是基本方法,通常用约分或两式相除的方法进行消元,有时会用到整体代换,如qn,都可以看作一个整体. [注意] 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. 规律方法 对点练1.已知数列{an}是等比数列. (1)若an=3×2n,求S6; 解:因为an=3×2n=6×2n-1,所以该等比数列的首项a1=6,公比q=2, 于是S6==378. (2)若S2=30,S3=155,求Sn; 解:由题意知 解得 从而Sn===×5n+1-或Sn==. (3)若a1+an=66,a2=128,Sn=126,求公比q. 解:因为a2=a1an=128, 所以a1,an是方程x2-66x+128=0的两个根. 从而又Sn==126, 即=126,或=126,所以q=2或q=. 返回 任务二 等比数列前n项和公式的函数特性 返回 问题3.当q=1和q≠1时,数列{Sn}的图象分别具有什么特征? 提示:(1)当公比q=1时,因为a1≠0,所以Sn=na1(n∈N*),此时数列{Sn}的图象是函数y=a1x图象上一系列孤立的点. (2)当公比q≠1时,Sn=可以变形为Sn=-·qn+,记A=,由上式可化为Sn=-Aqn+A,此时数列{Sn}的图象是函数y=-Axn+A图象上一系列孤立的点. 问题导思 问题4.在问题3中,当q≠1时,从函数的角度看,等比数列的前n项和公式有什么特点? 提示:由问题3的提示知,当q≠1时,等比数列的前n项和Sn是由一个关于n的指数型函数与一个常数构成的,并且指数式的系数与常数互为相反数;反过来,如果已知某个数列的前n项和公式为Sn=-Aqn+A(A≠0,q≠0,q≠1,n∈N*),那么这个数列是等比数列. 1.Sn==-qn+,设A=-,则Sn=Aqn-A. (1)当公比q≠1时,设A=,等比数列的前n项和公式是Sn=__________.即Sn是n的指数型函数. (2)当公比q=1时,因为a1≠0,所以Sn=_____,Sn是n的正比例函数. 2.Sn==-an+. 新知构建 A(qn-1) na1 等比数列前n项和公式的结构特点即qn的系数与常数项互为相反数. 微提醒 角度1 利用前n项和公式判断等比数列 (一题多解)数列{an}的前n项和Sn=3n-2.判断{an}是否是等比数列. 典例 2 解:法一:当n≥2时,an=Sn-=(3n-2)-(3n-1-2)=2×3n-1. 当n=1时,a1=S1=31-2=1不适合上式. 所以an= 由于a1=1,a2=6,a3=18,显然a1,a2,a3不是等比数列,即{an}不是等比数列. 法二:由等比数列{an}的公比q≠1时的前n项和Sn=A·qn+B满足的条件为A=-B,对比可知Sn=3n-2,1≠-2,故{an}不是等比数列. 变式探究 1.(变条件,变设问)若将本题改为数列{an}是等比数列,且其前n项和为Sn=-2k,则实数k=____. 因为Sn=3n+1-2k=3·3n-2k,且{an}为等比数列,所以3-2k=0,即k=. 2.(变条件,变设问)若将本题改为数列{an}是等比数列,且其前n项和为Sn=a·()n-1+5,则实数a=_____. - 由Sn=a·+5,可得Sn=3a·+5,依题意有3a+5=0,故a=-. 角度2 利用an与Sn的关系判断等比数列 (一题多解)若数列{an}的前n项和Sn=an+,则{an}的通项公式是an=__________. 典例 3 (-2)n-1 法一:当n=1时,由Sn=an+,得a1=a1+,即a1=1;当n≥2时,an=Sn-=-=an-,即an=-2,故数列{an}是以1为首项,-2为公比的等比数列,从而{an}的通项公式是an=(-2)n-1. 法二:因为Sn=an+,所以=,=-,于是q=-2,a1=1,从而{an}的通项公式是an=(-2)n-1. 法三:因为Sn=an+,所以数列{an}是等比数列,由 所以公比q=-2, 所以{an}的通项公式是an=(-2)n-1. 1.已知Sn,通过an=求通项an,应特别注意当n≥2时,an=Sn-. 2.若数列{an}的前n项和Sn=A(qn-1),其中A≠0,q≠0且q≠1,则{an}是等比数列. 规律方法 3.解决Sn和an的关系的方法 (1)基本法:由an与Sn的关系式,结合an=来求解. (2)模型法:由an与Sn的关系式知数列{an}是等比数列,则Sn=Aan+B. A=-,B=. (3)赋值法:由an与Sn的关系式知数列{an}是等比数列,赋值求解. 规律方法 对点练2.(1)已知数列{an}的前n项和Sn=an-1(a是不为零且不等于1的常数),则数列{an} A.一定是等差数列 B.一定是等比数列 C.是等差数列或等比数列 D.既非等差数列,也非等比数列 √ 当n≥2时,an=Sn-=(a-1)·;当n=1时,a1=a-1,满足上式. 故an=(a-1)·,n∈N*,因为=a,所以数列{an}一定是等比数列. 故选B. (2) (多选)(2025·江苏镇江高二期末)已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足Sn=2an+1(n∈N*),则 A.a1=-1 B.S5=-32 C.数列{an}是等比数列 D.数列的前n项和为2-2n+1 √ √ √ 因为Sn=2an+1,所以当n=1时,S1=a1=2a1+1,所以a1=-1,故A正确;当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2(an-an-1),所以an=2an-1,即=2,所以{an}是以a1=-1为首项,2为公比的等比数列,故C正确;所以an=-1·2n-1=-2n-1,Sn=2an+1=-2n+1,所以S5=-25+1=-31,故B错误;因为Sn-1=-2n,所以数列是首项为-2,公比为2的等比数列,则数列的前n项和为=2-2n+1,故D正确. 故选ACD. 教材拓展4 错位相减法求和(源于教材P34—35) 1.推导等比数列前n项和的方法叫错位相减法. 2.该方法一般适用于求一个等差数列与一个等比数列对应项积的前n项和,即若{an}是公差d≠0的等差数列,{bn}是公比q≠1的等比数列,求数列{an·bn}的前n项和Sn时,可以用这种方法,此时数列{an·bn}记为“等差等比型数列”或“差比型数列”. 具体步骤为: 若数列{an}的通项公式为an=(2n-1)·3n,求此数列的前n项和Sn. 解:已知Sn=1×31+3×32+5×33+…+(2n-1)·3n,① 上式两边同时乘3,得3Sn=1×32+3×33+5×34+…+(2n-1)·3n+1.② ①-②,得-2Sn=1×3+(3-1)×32+(5-3)×33+…+[(2n-1)-(2n-3)]·3n-(2n-1)·3n+1, 即-2Sn=3+2×(32+33+…+3n)-(2n-1)·3n+1=3+2×-(2n-1)·3n+1=(2-2n)·3n+1-6,所以Sn=(n-1)·3n+1+3. 典例 4 返回 课堂小结 任务 再现 1.等比数列的前n项和公式. 2.等比数列前n项和公式的函数特征 方法 提炼 1.等比数列的前n项和公式的推导:错位相减法. 2.等比数列的前n项和公式的有关运算:基本量法、巧用性质法、方程思想. 3.利用等比数列前n项和公式的函数特征判断等比数列:公式法、模型思想 易错 警示 1.等比数列的前n项和公式分公比q=1与q≠1两种情况,因此当公比未知时,要对公比进行分类讨论. 2.等比数列前n项和公式中项数的判断易出错 随堂评价 返回 1.已知等比数列{an}的首项a1=3,公比q=2,则S5等于 A.93 B.-93 C.45 D.-45 √ S5===93. 故选A. 2.(2023·全国甲卷)设等比数列{an}的各项均为正数,前n项和为Sn,若a=1,S5=5S3-4,则S4= A. B. C.15 D.40 √ 由题知1+q+q2+q3+q4=5(1+q+q2)-4,即q3+q4=4q+4q2,即q3+q2-4q-4=0,即(q-2)(q+1)(q+2)=0. 由题知q>0,所以q=2. 所以S4=1+2+4+8=15. 故选C. 3.已知等比数列{an}的前n项和Sn=4n-1+t,则下列结论正确的是 A.首项a1的值不确定 B.公比q= C.a2=1 D.t=- √ 已知Sn=4n-1+t,则a1=S1=40+t=t+1,a2=S2-S1=4+t-(1+t)=3,a3=S3-S2=16+t-(4+t)=12,所以q==4,因为a1=t+1==,所以t=-. 故选D. 4.(易错题)已知在等比数列{an}中,a3=,S3=,则a1=_______. 或6 法一:当q=1时,a1=a2=a3=,满足S3=.当q≠1时,依题意,得 解得 综上可得a1=或a1=6. 法二:所以a1+a2=3,所以==2, 所以q=1,或q=-.所以a1=,或a1=6. 返回 课时分层评价 返回 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.  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. 故选D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 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=. 故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 3.在等比数列{an}中,a3=3S2+2,a4=3S3+2,则公比q等于 A.2 B. C.4 D. √ 因为a3=3S2+2,a4=3S3+2,所以a4-a3=3(S3-S2)=3a3,即a4=4a3,所以q==4. 故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4.1+3+32+33+…+3n+1(n∈N*)可以化简为 A. B. C. D. √ 1+3+32+33+…+3n+1==. 故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 5.(多选)已知等比数列{an}是递增数列,其前n项和为Sn,若a2+a4=10,a2a3a4=64,则下列结论正确的是 A.-Sn=2n+1 B.an=2n-1 C.Sn=2n-1 D.Sn=2n-1-1 √ 设等比数列{an}的公比为q(q≠0),由a2a3a4=64,得=43,则a3=4,由a2+a4=10,得+4q=10,即2q2-5q+2=0,解得q=2,或q=. 又因为数列{an}是递增数列,所以q=2,所以2a1+8a1=10,解得a1=1. 所以an=2n-1,Sn==2n-1,所以-Sn=2n+1-1-(2n-1)=2n. 故选BC. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 6.(多选)设等比数列{an}的前n项和为Sn,若8a2+a5=0,则下列式子中数值确定的是 A. B. C. D. √ 由8a2+a5=0得8a2+a2q3=0,因为a2≠0,所以q3=-8,所以q=-2.对于A,=q2=4;对于B,===;对于C,===;对于D,=与n有关,不确定. 故选ABC. √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 7.(双空题)已知Sn为等比数列{an}的前n项和,Sn=93,an=48,公比q=2,则项数n=_____,a1=_____. 由Sn=93,an=48,公比q=2, 得 5 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=λ3n-1,则a4=_____. 法一(常规解):当n=1时,S1=a1=3λ-1,当n≥2时,an=Sn-Sn-1=λ(3n-3n-1)=2λ·3n-1. 又{an}是等比数列,所以a1=2λ=3λ-1,解得λ=1,所以an=2·3n-1,所以a4=2·33=54. 法二(速解):由等比数列{an}的前n项和公式的特点及题意知,λ=1,所以Sn=3n-1 ,所以a4=S4-S3=(34-1)-(33-1)=54. 54 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 9.已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,2Sn=-1,则Sn=______. 当n=1时,则有2S1=a2-1,所以a2=2S1+1=2a1+1=3;当n≥2时,由2Sn=-1得2=an-1,上述两式相减得2an=-an,所以=3an,得=3且=3,所以数列{an}是以1为首项,以3为公比的等比数列,所以Sn==. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 10.(13分)在等比数列{an}中,a1=1,a5=4a3. (1)求{an}的通项公式; 解:设等比数列{an}的公比为q,由题意得an=. 由已知得q4=4q2,解得q=0(舍去),q=-2,或q=2. 故an=(-2)n-1,或an=2n-1. (2)记Sn为{an}的前n项和. 若Sm=63,求m. 解:若an=(-2)n-1,则Sn=.由Sm=63,得=63,即(-2)m=-188, 此方程没有正整数解. 若an=2n-1,则Sn==2n-1. 由Sm=63,得2m-1=63,即2m=64,解得m=6. 综上,m=6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 11.已知Sn是等比数列{an}的前n项和,若存在m∈N*,满足=9,=,则数列{an}的公比为 A.-2 B.2 C.-3 D.3 √ 设数列{an}的公比为q,若q=1,则=2,与题中条件矛盾,故q≠1.因为==qm+1=9,所以qm=8. 因为==qm=8=, 所以m=3,所以q3=8,所以q=2. 故选B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 12.(多选)设首项为1的数列{an}的前n项和为Sn.已知=2Sn+n-1,则下列结论正确的是 A.数列{an}为等比数列 B.数列{Sn+n}为等比数列 C.数列{an}中,a10=511 D.数列{2Sn}的前n项和为2n+2-n2-n-4 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 因为=2Sn+n-1,所以==2.又S1+1=2,所以数列{Sn+n}是首项为2,公比为2的等比数列,故B正确;所以Sn+n=2n,则Sn=2n-n.当n≥2时,an=Sn-=2n-1-1,且a1≠21-1-1,故A错误;由当n≥2时,an=2n-1-1可得a10=29-1=511,故C正确;因为2Sn=Sn+1-n+1=2n+1-(n+1)-n+1=2n+1-2n,所以2S1+2S2+…+2Sn=22-2×1+23-2×2+…+2n+1-2n=22+23+…+2n+1-2(1+2+…+n)=-2×=2n+2-n2-n-4,所以数列{2Sn}的前n项和为2n+2-n2-n-4,故D正确. 故选BCD. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 13.已知数列{an}的通项公式an=n·2n,则此数列的前n项和为Sn=_______________. (n-1)2n+1+2 设前n项和为Sn,则Sn=1×21+2×22+3×23+…+n·2n,则2Sn=1×22+2×23+3×24+…+(n-1)·2n+n·2n+1,两式相减,得-Sn=1×21+(22+23+24+…+2n)-n·2n+1,于是-Sn=(21+22+23+24+…+2n)-n·2n+1=-n·2n+1=2n+1-2-n·2n+1, 所以Sn=(n-1)2n+1+2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 14.(15分)已知数列的前n项和为Sn,且满足an+Sn=1. (1)证明:数列是等比数列; 解:证明:由an+Sn=1①得an+1+Sn+1=1②, ②-①得:2an+1=an,即=,当n=1时,2a1=1,解得a1=, 所以为首项,为公比的等比数列. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)求的值. 解:由(1)知a10=a1·=, S10==1-, 所以==210-1=1 023. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 15.(5分)(新情境)(多选)如图所示,作边长为3的正△ABC的内切圆,在这个圆内作内接正三角形,然后,再作新三角形的内切圆.如此下去,则下列说法正确的是 A.△ABC为第一个正三角形,那么第三个正三角形面积为 B.△ABC为第一个正三角形,那么第三个正三角形面积为 C.n个内切圆的面积和为π D.n个内切圆的面积和为3π √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 S△ABC=×32=,因为下一个三角形面积依次为上一个正三角形面积的倍,所以第三个正三角形的面积为×=. 故A错误,B正确.又根据条件,第一个内切圆的半径为×3=,面积为π,第二个内切圆的半径为,面积为π,…,这些内切圆的面积组成一个等比数列,首项为π,公比为,故面积之和为=π,故C正确,D错误. 故选BC. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16.(17分)(开放题)在①a1=1,②a2+a4=10,③数列为等比数列这三个条件中选出两个,补充在下面的横线上,并解答这个问题. 问题:已知等比数列的前n项和为Sn,_____________________. (1)求数列的通项公式; 解:选条件①②: 设数列的公比为q,则a2+a4=q+q3=q=10,所以q=2, 所以an=a1×qn-1=2n-1. 选条件①③: 设数列的公比为q,因为a1=1,数列为等比数列, 所以=·, 得=2a1·, 化简可得(2+q)2=2,得q=2. 所以an=a1×qn-1=2n-1. an=a1×qn-1=2n-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 选条件②③: 设数列的公比为q,因为数列为等比数列, 所以=·, 得=2a1·, 化简可得(2+q)2=2, 因为≠0,所以q=2. 因为a2+a4=a1q+a1q3=2a1+8a1=10, 所以a1=1,所以an=a1×qn-1=2n-1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)若的前n项和为Tn,且Tm=26,求m的值. 注:如果选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分. 解:根据等比数列求和公式可得Sn===2n-1,可得Tn=(2-1)+(22-1)+…+(2n-1)=-n=2n+1-2-n. 所以Tm=2m+1-2-m=26,得m=4. 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 谢 谢 观 看 第1课时 等比数列的前n项和公式 返回 $

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4.3.2 第1课时 等比数列的前n项和公式-【金版新学案】2025-2026学年高中数学选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套课件PPT(人教A版)
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