内容正文:
6.4 数列求和
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考点清单
考点1 错位相减法求和
典例1 (2026届广东惠州光正实验学校月考,16)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且S4
=4S2,a2n=2an+1(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若bn=3n-1,令cn= ,求数列{cn}的前n项和Tn.
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解析 (1)设等差数列{an}的公差为d,则
解得
所以an=1+(n-1)×2=2n-1.
(2)因为bn=3n-1,an=2n-1,
所以cn= = ,则
Tn= + + +…+ + ①,
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Tn= + + +…+ + ②,
①-②得 Tn= + + +…+ - =1+2× - =2- ,所以Tn=3- .
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方法总结 错位相减法求和的基本步骤
已知{an}是以d为公差的等差数列,{bn}是以q(q≠1)为公比的等比数列,cn=an·bn,求{cn}的
前n项和Sn.
注意: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.
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变式训练
1.(关键元素变式)(2020课标Ⅰ理,17,12分)设{an}是公比不为1的等比数列,a1为a2,a3
的等差中项.
(1)求{an}的公比;
(2)若a1=1,求数列{nan}的前n项和.
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解析 (1)设{an}的公比为q(q≠1),由题设得2a1=a2+a3,即2a1=a1q+a1q2.
所以q2+q-2=0,解得q1=1(舍去),q2=-2.
故{an}的公比为-2.
(2)记Sn为{nan}的前n项和.由(1)及题设可得,an=(-2)n-1.所以Sn=1+2×(-2)+…+n×(-2)n-1,-2Sn=
-2+2×(-2)2+…+(n-1)×(-2)n-1+n×(-2)n.可得3Sn=1+(-2)+(-2)2+…+(-2)n-1-n×(-2)n= -n×
(-2)n.
所以Sn= - .
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考点2 裂项相消法求和
典例2 (裂项相加型)(2025届河北秦皇岛二模,16)已知数列{an}是公差大于2的等差
数列,其前n项和为Sn,a2=5,且a1+1,a2+1,a5-2成等比数列.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)令bn=(-1)n+1 ,求数列{bn}的前n项和Tn.
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解析 (1)设等差数列{an}的公差为d(d>2),则a1=a2-d=5-d,a5=a2+3d=5+3d,
由a1+1,a2+1,a5-2成等比数列,得(6-d)(3+3d)=62,由d>2,解得d=3,
所以数列{an}的通项公式为an=a2+(n-2)d=3n-1.
(2)由(1)得bn=(-1)n+1· =(-1)n+1 ,
当n为偶数时,Tn= - + - +…+ - =
- ;
当n为奇数时,Tn= - + - +…- + =
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+ ,
所以Tn=
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归纳总结
1.裂项相消法求和的基本步骤
2.常见的拆项公式
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模型1:等差型
(1) = - ;
(2) = ;
(3) = ;
(4)若数列{an}是公差为d(d≠0)的等差数列,则 = .
模型2:根式型
(1) = - ;
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(2) = ( - );
(3) = ( - ).
模型3:指数型
(1) =
= - ;
(2) = ;
(3) = = ·
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= - .
模型4:裂项相加型
(1)(-1)n =(-1)n ;
(2)(-1)n =(-1)n .
其他型:
(1)loga =loga(n+1)-logan(a>0且a≠1);
(2) = ;
(3) = = - .
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变式训练
2.(等差型)(2025届山东日照校际联考,15)已知数列{an}满足a1=2, = .
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设bn= ,求数列{bn}的前n项和Sn.
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解析 (1)由题意知:
当n≥2时, = ,
∴an= ·…· · ·a1= ×…× × ×2=2n;
当n=1时,a1=2满足an=2n.
综上,an=2n.
(2)由(1)知bn= = = = ,
∴Sn= 1- + - + - +…+ - + -
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=
= - .
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3.(指数型)拉格朗日中值定理反映了函数与导数之间的重要联系,是微积分学重要
的理论基础.其定理陈述如下:如果函数f(x)在区间[a,b]上连续,在区间(a,b)内可导,则存
在x0∈(a,b),使得 =f '(x0).已知函数f(x)=x2-x,数列{an}满足
=f ' ,且a1=2.
(1)求a2,a3;
(2)证明:数列{an+1}为等比数列;
(3)若数列bn= ,记Sn为数列{bn}的前n项和,证明:Sn< .
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解析 (1)由f(x)=x2-x,得f'(x)=2x-1,
则由 =f ' ,得 =2 -1,
即an+1=2an+1,又a1=2,
所以a2=2×2+1=5,a3=2×5+1=11.
(2)证明:由(1)知:an+1=2an+1,可得
an+1+1=2(an+1),即 =2,
又a1+1=3,所以数列{an+1}是首项为3,公比为2的等比数列.
(3)证明:由(2)可得an+1=3·2n-1,则an=3·2n-1-1,所以
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bn= =
= ,
则Sn= + + - +…+ -
=
= - .
由3·2n-1>0,得 >0,
所以 - < ,
所以Sn< .
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考点3 分组、并项法求和
典例3 (分组法求和)(2025届辽宁大连二十四中模拟,16)若数列{an}和{bn}满足:a1=
1,b1=7,且
(1)设cn=an-bn,证明:{cn}是等比数列;
(2)设dn= 求{dn}的前n项和Sn.
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解析 (1)证明:∵an+1=bn-2an,bn+1=3bn-4an,
∴an+1-bn+1=bn-2an-3bn+4an=2(an-bn),∴cn+1=2cn,
又c1=a1-b1=-6≠0,∴{cn}是以-6为首项,2为公比的等比数列.
(2)由(1)可知cn=-6·2n-1=-3·2n,∴an-bn=-3·2n,∴bn=an+3·2n,
∴an+1=an+3·2n-2an=-an+3·2n,
∴an+1-2n+1=-(an-2n),
又a1-21=-1≠0,
∴{an-2n}是以-1为首项,-1为公比的等比数列,
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∴an-2n=-1·(-1)n-1=(-1)n,
∴an=2n+(-1)n,
∴bn=2n+(-1)n+3·2n=2n+2+(-1)n,
∴dn=
∴当n为偶数时,Sn=-3×(21+23+…+2n-1)+3× =-2n+1+ n+2;
当n为奇数时,Sn=Sn+1-dn+1=-2n+2+ (n+1)+2-3=-2n+2+ n+ .
所以Sn=
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方法总结 1.分组转化法求和的常见类型
若an=bn±cn或an= 且{bn},{cn}为等差或等比数列,则可采用分组求和法求{an}
的前n项和.
2.并项法求和
一个数列的前n项和中,可以两两结合求解,则称之为并项法求和,形如an=(-1)nf(n)的数列
{an}的前n项和可采用并项法求解.
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变式训练
4.(并项法求和)设各项均为正数的数列{an}的前n项和为Sn,满足a1=1, =Sn+Sn-1(n∈N*
且n≥2).
(1)求证:数列{an}为等差数列;
(2)若bn=(-1)n(2an)2,求数列{bn}的前n项和Tn.
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解析 (1)证明:∵ =Sn+Sn-1(n≥2),
∴ =Sn+1+Sn,
两式相减得 - =an+1+an,
即(an+1+an)(an+1-an)=an+1+an,
∵数列{an}的各项均为正数,
∴an+1-an=1.
当n=2时, =S2+S1,即 =1+a2+1,
又a2>0,∴a2=2,满足a2-a1=1,
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∴{an}是首项为1,公差为1的等差数列.
(2)由(1)可得an=1+(n-1)×1=n,
∴bn=(-1)n·(2n)2.
【若通项公式中含(-1)n,则要对n的奇偶分类讨论,一般先讨论偶数的情况】
当n为偶数时,Tn=-22+42-62+82-…-(2n-2)2+(2n)2=(4-2)×(4+2)+(8-6)×(8+6)+…+[2n-(2n-2)]·
[2n+(2n-2)]=2×(2+4+6+8+…+2n)=2× =2n(n+1);
当n为奇数时,Tn=Tn+1-bn+1=2(n+1)·(n+2)-(-1)n+1·[2(n+1)]2=-2n(n+1).
综上所述,Tn=
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