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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教辅
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 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/56471631.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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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
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课时分层评价
4
随堂评价
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任务一 等比数列的前n项和公式
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(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=.
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任务二 等比数列前n项和公式的函数特性
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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
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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
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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.
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课时分层评价
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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.
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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.
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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.
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4.1+3+32+33+…+3n+1(n∈N*)可以化简为
A. B.
C. D.
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1+3+32+33+…+3n+1==. 故选C.
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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.
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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.
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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
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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.
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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==.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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(2)求的值.
解:由(1)知a10=a1·=,
S10==1-,
所以==210-1=1 023.
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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
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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.
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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
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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.
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(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.
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第1课时 等比数列的前n项和公式
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