内容正文:
3.2 等比数列的前n项和
1
1.探索并掌握等比数列的前n项和公式,理解等比数列的通项公式与前n项和公式的关系(数学运算).
2.能在具体的问题情境中,发现数列的等比关系,并解决相应的问题(逻辑推理、数学运算)
课标要求
第一课时 等比数列的前n项和公式
3
基础落实
01
典例研析
02
课时作业
03
目录
4
01
PART
基础落实
基础落实
目 录
在信息技术高度发展的今天,人们可以借助手机、计算机等快速地传
递有关信息.在此背景下,要求每一个人都要“不造谣,不信谣,不传
谣”,否则要依法承担有关法律责任.你知道其中的缘由吗?
如图所示,如果一个人得到某个信息之后,就将这个信息传给3个不
同的好友(称为第1轮传播),每个好友收到信息后,又都传给了3个不同
的好友(称为第2轮传播),……,依此下去,假设信息在传播的过程中
都是传给不同的人,则每一轮传播后,信息传播的人数就构成了一个等比
数列:1,3,9,27,81,….
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【问题】 如果信息按照上述方式共传播了20轮,那么知晓这个信息的人
数共有多少?
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知识点一 等比数列的前n项和公式
已知量 首项a1与公比q 首项a1,末项an与公比q
公式 Sn=
Sn=
提醒:(1)等比数列前n项和公式的推导方法是“错位相减法”;
(2)若q是否等于1不能确定时,需按q=1和q≠1分类讨论.
(q≠1,且q≠0)
(q≠1,
且q≠0)
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【想一想】
若某数列的前n项和公式为Sn=-aqn+a(a≠0,q≠0且q≠1,n∈N
+),则此数列一定是等比数列吗?
提示:是.根据等比数列前n项和公式Sn= (q≠0且q≠1)变
形为:Sn= - ·qn(q≠0且q≠1),若令a= ,则公式可变形
为Sn=a-aqn.
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知识点二 等比数列前n项和的性质
(1)当q=1时, = ;当q≠±1时, = ;
(2)Sn+m=Sm+qmSn=Sn+qnSm;
(3)设S偶与S奇分别是偶数项的和与奇数项的和;
若项数为2n,则 =q;若项数为2n+1,则 =q;
(4)当q≠-1时,连续m项的和(如Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…)仍
组成等比数列(公比为qm,m≥2).
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知识点三 等比数列前n项和公式的函数特征
(1)若数列{an}为非常数列的等比数列,且其前n项和Sn=A·qn+B
(A≠0,B≠0,q≠0,q≠1,n∈N+),则必有A+B=0;反之,若
某一非常数列的前n项和Sn=A·qn-A(A≠0,q≠0,q≠1,n∈N
+),则该数列必为等比数列;
(2)如果公比q≠-1或虽q=-1但n为奇数时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n
构成等比数列.
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1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)等比数列前n项和Sn不可能为0. ( × )
(2)若首项为a的数列既是等比数列又是等差数列,则其前n项和等于
na. ( √ )
(3)若a∈R,则1+a+a2+…+an-1= . ( × )
(4)数列{an}的前n项和为Sn=an+b(a≠0,a≠1),则数列{an}一
定是等比数列. ( × )
×
√
×
×
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2. 在等比数列{an}中,若a1=1,a4= ,则该数列的前10项和S10=
( )
A. 2- B. 2-
C. 2- D. 2-
解析: 易知公比q= ,则S10= =2- .
√
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3. 设等比数列{an}的前n项和为Sn,若S3+S6=S9,则公比q= .
解析:由S3+S6=S9得S3=S9-S6,即a1+a2+a3=a7+a8+a9=q6(a1
+a2+a3),则q6=1,q=±1.
±1
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02
PART
典例研析
典例研析
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题型一|等比数列前n项和公式的基本运算
【例1】 (1)设等比数列{an}的前n项和为Sn,若a1=3,且a2 022+a2
023=0,则S101=( A )
A. 3 B. 303
C. -3 D. -303
解析: 设数列{an}的公比为q,由a2 022+a2 023=0可得q=-1,故
S101=a101=a1=3.
A
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(2)〔多选〕已知等比数列{an}的前n项和为Sn,公比为q,若a1≠a2,
a3a4=2a1,a3-a2=2(a4-a3),则下列结论正确的是( AD )
A. q= B. a7=2
C. a8=8 D. S6=126
AD
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解析: 因为a1≠a2,所以q≠1.因为a3-a2=2(a4-a3),所以a3
-a2=2q(a3-a2),所以q= ,故A正确.又a3a4=2a1,所以 q5=
2a1,所以a1=64,所以a7=a1q6=1,a8=a1q7= ,故B、C错误.S6=
= =126,故D正确.选A、D.
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(3)在数列{an}中,a1=2,an+1=2an,Sn为{an}的前n项和.若Sn=
126,则n= .
解析: 因为在数列{an}中,a1=2,an+1=2an,所以数列{an}是首
项为2,公比为2的等比数列.因为Sn=126,所以 =126,即2n+1=
128,解得n=6.
6
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通性通法
等比数列前n项和基本运算的技巧
(1)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)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, 都可看作一
个整体;
(3)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.
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【跟踪训练】
在等比数列{an}中:
(1)若a1= ,an=16 ,Sn=11 ,求n和q;
解: 由Sn= 得,11 = ,
∴q=-2,
又由an=a1qn-1得,16 = (-2)n-1,∴n=5.
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(2)已知S4=1,S8=17,求an.
解: 若q=1,则S8=2S4,不符合题意,∴q≠1,
∴S4= =1,S8= =17,
两式相除得 =1+q4=17,
∴q=2或q=-2,∴a1= 或a1=- ,
∴an= ·2n-1或- ·(-2)n-1.
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题型二|等比数列前n项和的性质
【例2】 (1)在等比数列{an}中,若S10=10,S20=30,则S30
= ;
解析: 设等比数列{an}的公比为q,∵S20≠2S10,
∴q≠1.∵S10≠S20,∴q≠-1.
70
法一 由等比数列的前n项和公式,得 ②÷①得
1+q10=3,故q10=2.S30= = ×(1+q10+q20)
=10×(1+2+22)=70.
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法二 由性质(4)得S10,S20-S10,S30-S20仍成等比数列,则(S20-
S10)2=S10(S30-S20),即(30-10)2=10(S30-30),得S30=70.
法四 运用性质(1)得 = ,即 = ,∴q10=2.又 =
,∴S30=70.
法三 由性质(2)得S20=S10+q10S10,即30=10+10q10,∴q10=2,
∴S30=S20+q20S10=30+40=70.
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(2)已知等比数列{an}共有2n项,其和为-240,且(a1+a3+…+a2n-
1)-(a2+a4+…+a2n)=80,则公比q= ;
2
解析: 由题意知S奇+S偶=-240,S奇-S偶=80,
∴S奇=-80,S偶=-160,∴q= =2.
(3)若数列{an}是等比数列,且其前n项和为Sn=3n+1-2k,则实数k
= .
解析: ∵Sn=3n+1-2k=3·3n-2k,且{an}为等比数列,∴3-2k=0,即
k= .
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通性通法
处理等比数列前n项和有关问题的常用方法
(1)运用等比数列的前n项和公式,要注意公比q=1和q≠1两种情形,
在解有关的方程(组)时,通常用约分或两式相除的方法进行消元;
(2)灵活运用等比数列前n项和的有关性质.
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【跟踪训练】
1. 已知等比数列{an}的前n项和为Sn,S4=1,S8=3,则a9+a10+a11+
a12=( )
A. 8 B. 6
C. 4 D. 2
解析: S4,S8-S4,S12-S8成等比数列.即1,2,a9+a10+a11+a12成
等比数列.∴a9+a10+a11+a12=4.
√
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2. 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.
解: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 ·q3=64,
即a1=12,故所求通项公式为an=12× ,n∈N+.
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题型三|等比数列前n项和公式的实际应用
【例3】 某市2023年共有1万辆燃油型公交车.有关部门计划于2024年
投入128辆电力型公交车,随后电力型公交车每年的投入比上一年增加
50%.则:
(1)该市在2030年应该投入电力型公交车多少辆?
解: 每年投入电力型公交车的数量可构成等比数列{an},其中a1=
128,q= .
∴2030年应投入的数量为a7=a1q6=128× =1 458(辆).
∴该市在2030年应该投入1 458辆电力型公交车.
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(2)到哪一年年底,电力型公交车的数量开始超过公交车总量的 ?
解: 设{an}的前n项和为Sn.
则Sn= =256· ,
由Sn>(10 000+Sn)× ,即Sn>5 000,n∈N+,
解得n>7.
∴该市在2031年底电力型公交车的数量开始超过该市公交车总量的 .
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通性通法
解数列应用题的思路和方法
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【跟踪训练】
为保护我国的稀土资源,国家限定某矿区的出口总量不能超过80吨,该矿
区计划从2024年开始出口,当年出口a吨,以后每年出口量均比上一年减
少10%.
(1)以2024年为第一年,设第n年出口量为an吨,试求an的表达式;
解: 由题意知每年的出口量构成等比数列,且首项a1=a,公比q=
1-10%=0.9,∴an=a·0.9n-1.
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(2)国家计划10年后终止该矿区的出口,问2024年最多出口多少吨?
(0.910≈0.35,保留一位小数)
解: 10年的出口总量S10= =10a(1-0.910).
∵S10≤80,∴10a(1-0.910)≤80,即a≤ ≈12.3,
∴a≤12.3.故2024年最多出口12.3吨.
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1. 数列1,5,52,53,54,…的前10项和为( )
A. (510-1) B. (510-1)
C. (59-1) D. (511-1)
解析: S10= = (510-1).
√
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2. 等比数列{an}中,公比q=-2,S5=44,则a1的值为( )
A. 4 B. -4 C. 2 D. -2
解析: 由S5= =44,得a1=4.
√
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3. 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
√
解析: 法一(通解) 因为S2=4,S4=6,且易知公比q≠±1,所以
由等比数列的前n项和公式,得
两式相除,得q2= ,所以
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或
所以S6= =7.故选A.
法二(优解) 易知S2,S4-S2,S6-S4构成等比数列,由等比中项的性
质得S2(S6-S4)=(S4-S2)2,即4(S6-6)=22,所以S6=7.故选A.
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4. 中国古代著作《张丘建算经》有这样一个问题:“今有马行转迟,次日
减半疾,七日行七百里”,意思是说有一匹马行走的速度逐渐减慢,每天
行走的里程是前一天的一半,七天一共行走了700里,那么这匹马在最后
一天行走的里程数为( )
A. B.
C. D.
√
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解析: 设第七天走的路程为x,则第六天的行程为2x,第五天的行程
为22x,依次计算,那么七天总共走的路程为x+2x+…+26x=
=700⇒x= .
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5. 等比数列{an}的前n项和为Sn,若an>0,q>1,a3+a5=20,a2a6=
64,则S5= .
解析:在等比数列{an}中,由a2a6=64,得a3a5=a2a6=64.又因为a3+a5
=20,an>0,q>1,所以a3<a5,解得a3=4,a5=16,从而公比q=
=2,a1= =1,所以S5= =31.
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03
PART
课时作业
课时作业
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1. 在等比数列{an}中,a1=2,a2=1,则S100=( )
A. 4-2100 B. 4+2100
C. 4-2-98 D. 4-2-100
解析: q= = .S100= = =4(1-2-100)=4
-2-98.
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2. 设等比数列{an}的前n项和为Sn,已知S3=8,S6=7,则a7+a8+a9=
( )
A. B. -
C. D.
解析: 易知q≠-1,因为a7+a8+a9=S9-S6,且S3,S6-S3,S9-
S6也成等比数列,即8,-1,S9-S6成等比数列,所以8(S9-S6)=1,
即S9-S6= ,所以a7+a8+a9= .
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3. 河南洛阳龙门石窟是中国石刻艺术宝库,现为世界非物质文化遗产之
一.某洞窟的浮雕共7层,它们构成一幅优美的图案.若从下往上计算,从
第二层开始,每层浮雕像个数依次是下层个数的2倍,该洞窟浮雕像总共
有1 016个,则第5层浮雕像的个数为( )
A. 64 B. 128
C. 224 D. 512
解析: 设最下层的浮雕像的数量为a1,依题意有公比q=2,n=7,S7
= =1 016,解得a1=8,则an=8×2n-1=2n+2(1≤n≤7,
n∈N+),所以a5=27=128.
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4. 在数列{an}中,已知对任意正整数n,有a1+a2+a3+…+an=3n-
1,则 + +…+ =( )
A. (3n-1)2 B. (27n-1)
C. (3n-1) D. 27n-1
解析: 设Sn=a1+a2+a3+…+an=3n-1,则当n≥2时,Sn-1=3n-1
-1,故an=Sn-Sn-1=2×3n-1,又a1=2,所以an=2×3n-1,所以
+ +…+ = = .
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5. 〔多选〕设等比数列{an}的前n项和为Sn,且满足a6=8a3,则
( )
A. 数列{an}的公比为2 B. 数列{an}的公比为8
C. =8 D. =9
解析: 因为等比数列{an}的前n项和为Sn,且满足a6=8a3,所以
=q3=8,解得q=2,所以 = =1+q3=9,故选A、D.
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6. 〔多选〕在公比q为整数的等比数列{an}中,Sn是数列{an}的前n项
和,若a1+a4=18,a2+a3=12,则下列说法正确的是( )
A. q=2
B. 数列{Sn+2}是等比数列
C. S8=510
D. 数列{lg an}是公差为2的等差数列
√
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解析: ∵a1+a4=18,a2+a3=12,∴a1(1+q3)=18,a1(q+
q2)=12,又公比q为整数,故a1=q=2,故A正确.易得an=2n,Sn=
=2n+1-2,∴Sn+2=2n+1,∴数列{Sn+2}是首项为4,公比为
2的等比数列,故B正确.S8=29-2=510,故C正确.lg an=lg 2n=nlg 2,
数列{lg an}是公差为lg 2的等差数列,故D错误.故选A、B、C.
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7. 若等比数列{an}的前n项和Sn=2·3n+r,则r= .
解析:Sn=2·3n+r,由等比数列前n项和的性质得r=-2.
-2
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8. 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= .
解析:由Sn=93,an=48,公比q=2,
得 解得
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9. 已知{an}是递减的等比数列,且a2=2,a1+a3=5,则{an}的通项公式
为 an=4× ,a1a2+a2a3+…+anan+1(n∈N+)=
.
an=4×
×
解析:由a2=2,a1+a3=5,{an}是递减的等比数列,得a1=4,a3=1,
an=4× ,则a1a2+a2a3+…+anan+1是首项为8、公比为 的等比数
列的前n项和.故a1a2+a2a3+…+anan+1=8+2+ +…+8× =
= × .
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10. 已知公比大于1的等比数列{an}满足a1+a2=6,a3+a4=24.
(1)求{an}的通项公式;
解: 设等比数列{an}的公比为q(q>1),
则 解得
所以an=2·2n-1=2n.
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(2)求-a1a2+a2a3-…+(-1)nanan+1.
解: 令bn=(-1)nanan+1,
则 = =-4,
又b1=-a1a2=-8,所以数列{bn}是首项为-8,公比为-4的等比数列,
所以-a1a2+a2a3-…+(-1)nanan+1= = .
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11. 已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且满足a2,2a5,3a8成等差数
列,则 =( )
A. 或 B. 或3
C. D. 或
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数学·选择性必修第二册(BSD)
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解析: 由条件得a2+3a8=4a5,即a2+3a2q6=4a2q3,即3q6-4q3+1
=0,解得q3=1或q3= .当q3=1时,q=1,S6=2S3,则 = ;当q3
= 时, = = = = .
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12. 设数列{an}的前n项和为Sn,称Tn= 为数列a1,a2,
a3,…,an的“理想数”,已知数列a1,a2,a3,a4,a5的理想数为2
024,则数列2,a1,a2,…,a5的“理想数”为( )
A. 1 673 B. 1 675
C. D.
√
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解析: 因为数列a1,a2,…,a5的“理想数”为2 024,所以
=2 024,即S1+S2+S3+S4+S5=5×2 024,所以数列
2,a1,a2,…,a5的“理想数”为
= = .
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13. 已知等比数列{an}的前n项和为Sn,且公比q>1,若a2=2,S3=7.则
数列{an}的通项公式an= , + +…+ = .
解析:∵a2=2,S3=7,由S3= +2+2q=7,解得q=2或q= ,
又∵q>1,∴q=2,
故a1=1,∴an=2n-1,∴ =4n-1,
∴ + +…+ = = .
2n-1
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14. (1)设数列{xn}满足log2xn+1=1+log2xn(n∈N+),且x1+x2+…
+x10=10,记{xn}的前n项和为Sn,求S20;
解: ∵log2xn+1=1+log2xn=log2(2xn),
∴xn+1=2xn,且xn>0,
∴{xn}为等比数列,且公比q=2,
∴S20=S10+q10S10=10+210×10=10 250.
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(2)设数列{an}是以2为首项,1为公差的等差数列;数列{bn}是以1为首
项,2为公比的等比数列,求 + + +…+ .
解: 设数列{bn}的公比为q,则q=2,
∵ = = =2,
∴{ }是首项为b2=2,公比为2的等比数列.
∴ + +…+ = =126.
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15. 设f(x)是定义在R上的恒不为零的函数,且对任意的实数x,y,都
有f(x)·f(y)=f(x+y).若a1= ,an=f(n)(n∈N+),则
数列{an}的前n项和Sn= .
解析:令x=n,y=1,则f(n)·f(1)=f(n+1),又an=f
(n),∴ = =f(1)=a1= ,∴数列{an}是以 为首
项, 为公比的等比数列,∴Sn= =1- .
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16. 已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=t,点(Sn,an+1)在直线y=3x
+1上.
(1)当实数t为何值时,数列{an}是等比数列?
解: 因为点(Sn,an+1)在直线y=3x+1上,
所以an+1=3Sn+1,
当n≥2时,an=3Sn-1+1.于是an+1-an=3(Sn-Sn-1)⇒an+1-an=
3an⇒an+1=4an.
又当n=1时,a2=3S1+1⇒a2=3a1+1=3t+1,
所以当t=1时,a2=4a1,此时,数列{an}是等比数列.
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(2)在(1)的结论下,设bn=log4an+1,cn=an+bn,Tn是数列{cn}的
前n项和,求Tn.
解: 由(1),可得an=4n-1,an+1=4n,
所以bn=log4an+1=n,cn=4n-1+n,
那么Tn=c1+c2+…+cn=(40+1)+(41+2)+…+(4n-1+n)=
(40+41+…+4n-1)+(1+2+…+n)= + .
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