2.5等比数列的前n项和公式(1)
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§2.5 等比数列的前n 项和公式(1)【学习目标】1.掌握等比数列前n 项和公式的推导方法. 2.会用等比数列前n 项和公式解决一些简单问题.【学习过程】合作探究:推导等比数列的前n 项和公式问题1:你能列个式子帮国王计算一下总的麦粒数吗?式子: 问题2:你能想办法计算出这个和吗?(小组合作)问题3:设等比数列123,,,n a a a a 它的前n 项和是n S =123n a a a a +++ ,公比为q ≠0, 你能用上面的方法求出n S 吗?结论:如果数列{}n a 是公比为q 的等比数列,那么它的前n 项和公式是: (1)当=≠n S q 时,1 ; (2)当n S q 时,1== .使用等比数列前n 项和公式应注意对公比 或 的判断和讨论。
注意:①在等比数列前n 项和公式中将1nn a a q =代入,则公式可以变形为:n S = .②解决等比数列问题时,n n S q n a a ,,,,1五个量中,知道任意三个,可求另外两个,注意方程思想的应用.③以上推导过程用的是错位相减法,此方法在众多数列的求和中应用很广,要注意灵活掌握. ④当1=q ,1na S n =是n 的 函数;当1≠q 时,A Aq S nn +-=是关于n 的一个指数式与一个常数的和,其中指数的系数与常数项互为 ,且=A .☆☆ 提示:数列{}n a 是 ⇔A Aq S nn +-=(*,1,0N n q Aq ∈≠≠),可作为判断数列{}n a 是否为 的一个结论. 练一练:已知等比数列的前n 项和6131-⋅=-n n x S ,则x 的值为 ⑤n n n n n S S S S S 23,2,,--均不为零时,数列n n n n n S S S S S 23,2,,--构成 数列. 【典例分析】例1:等比数列{}n a 中:(1)a 1=-27,11,39n q a =-=,求n S ;(2)a 1=5 , q=1,n=10,求n S ;(3)若;,96,2,1891n a a q S n n 和求===(4)已知,263,2763==S S 求;n a例2、求数列231,,,,...x x x 的前n 项和S n .例3、在等比数列{}n a 中,.,604832n n n S S S 求,==例4、以数列{}n a 的任意相邻两项为坐标的点()()*+∈N n a a P n n n 1,均在一次函数kx y +=2的图象上,数列{}n b 满足条件:().0,11≠∈-=*+b N n a a b n n n(1)求证:{}n b 是等比数列;(2)设数列{}{}n n b a ,的前n 项和分别为,,n n T S 若,9,546-==S T S 求k 的值.【限时训练】1、.,64,2485346S a a a a 求=⋅=-2、等比数列{}n a 中前n 项和为n S ,42S =,86S =,求17181920a a a a +++的值3、已知等比数列{}na 中,661=+n a a,12812=-n a a ,126=n S ,求公比q 与项数n .4、在公比2=q 的等比数列{}n a 中,若,25log log log 1022212=+⋅⋅⋅++a a a 则=+⋅⋅⋅++1021a a a .5、数列{}n a 满足,,,,,123121--⋅⋅⋅--n n a a a a a a a 且{}1--n n a a 是首项为1,公比为31的等比数列,求.21n n a a a S +⋅⋅⋅++=。
§2.5等比数列的前n项和第1课时等比数列前n项和公式学习目标1.掌握等比数列的前n项和公式及公式证明思路.2.会用等比数列的前n项和公式解决有关等比数列的一些简单问题.知识点一等比数列的前n项和公式知识点二 错位相减法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{b n }是公差d ≠0的等差数列,{c n }是公比q ≠1的等比数列,求数列{b n ·c n }的前n 项和S n 时,也可以用这种方法.思考 如果S n =a 1+a 2q +a 3q 2+…+a n q n -1,其中{a n }是公差为d 的等差数列,q ≠1.两边同乘以q ,再两式相减会怎样?知识点三 使用等比数列求和公式时注意事项(1)一定不要忽略q =1的情况;(2)知道首项a 1、公比q 和项数n ,可以用S n =a 1(1-q n )1-q ;知道首尾两项a 1,a n 和q ,可以用S n =a 1-a n q 1-q; (3)在通项公式和前n 项和公式中共出现了五个量:a 1,n ,q ,a n ,S n .知道其中任意三个,可求其余两个.1.在等比数列{a n }中,a 1=b ,公比为q ,则前3项和为b (1-q 3)1-q.( ) 2.求数列{n ·2n }的前n 项和可用错位相减法.( )3.a 1(1-q n )1-q =a 1(q n -1)q -1.( ) 4.等比数列前n 项和S n 不可能为0.( )题型一 等比数列前n 项和公式的直接应用例1 求下列等比数列前8项的和:(1)12,14,18,…; (2)a 1=27,a 9=1243,q <0.反思感悟 求等比数列前n 项和,要确定首项、公比或首项、末项、公比,应特别注意q =1是否成立. 跟踪训练1 (1)求数列{(-1)n +2}的前100项的和;(2)在14与78之间插入n 个数,组成所有项的和为778的等比数列,求此数列的项数.题型二 前n 项和公式的综合利用例2在等比数列{a n}中,a1=2,S3=6,求a3和q.反思与感悟 (1)a n =a 1qn -1,S n =a 1(1-q n )1-q ⎝⎛⎭⎪⎫或S n =a 1-a n q 1-q 两公式共有5个量.解题时,有几个未知量,就应列几个方程求解. (2)当q =1时,等比数列是常数列,所以S n =na 1;当q ≠1时,等比数列的前n 项和S n 有两个公式.当已知a 1,q 与n 时,用S n =a 1(1-q n )1-q 比较方便;当已知a 1,q 与a n 时,用S n =a 1-a n q 1-q比较方便. 跟踪训练2 已知等比数列{a n }是递增数列,S n 是{a n }的前n 项和.若a 1,a 3是方程x 2-5x +4=0的两个根,则S 6= .题型三 利用错位相减法求数列的前n 项和例3 求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫n 2n 的前n 项和.反思感悟 一般地,如果数列{a n }是等差数列,{b n }是公比不为1的等比数列,求数列{a n b n }的前n 项和时,可采用错位相减法.跟踪训练3 求和:S n =x +2x 2+3x 3+…+nx n (x ≠0).分期付款模型典例小华准备购买一部售价为5 000元的手机,采用分期付款方式,并在一年内将款全部付清.商家提出的付款方式为:购买2个月后第1次付款,再过2个月后第2次付款,…,购买12个月后第6次付款,每次付款金额相同,约定月利率为0.8%,每月利息按复利计算,求小华每期付款金额是多少.(参考数据:1.00812≈1.10)[素养评析]本题考查数学建模素养,现在购房、购车越来越多采用分期付款方式,但有关方不一定都会计算,所以建立一个老少皆宜的模型来套用是必要的,在建立模型过程中,要把制约因素抽象为符号表示,并通过前若干项探索规律,抓住这些量之间的关系建立关系式.1.等比数列1,x,x2,x3,…的前n项和S n等于()A.1-x n1-xB.1-x n -11-xC.⎩⎪⎨⎪⎧ 1-x n 1-x ,x ≠1且x ≠0n ,x =1D.⎩⎪⎨⎪⎧1-x n -11-x ,x ≠1且x ≠0n ,x =1 2.设等比数列{a n }的公比q =2,前n 项和为S n ,则S 4a 2等于( ) A .2 B .4 C.152 D.1723.等比数列{a n }的各项都是正数,若a 1=81,a 5=16,则它的前5项的和是( )A .179B .211C .243D .2754.某厂去年产值为a ,计划在5年内每年比上一年产值增长10%,从今年起5年内,该厂的总产值为 .5.已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且a n =n ·2n ,则S n = .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:a 1,a n ,n ,q ,S n ,其中首项a 1和公比q 为基本量,且“知三求二”.2.前n 项和公式的应用中,注意前n 项和公式要分类讨论,即当q ≠1和q =1时是不同的公式形式,不可忽略q =1的情况.3.一般地,如果数列{a n }是等差数列,{b n }是等比数列且公比为q ,求数列{a n ·b n }的前n 项和时,可采用错位相减法求和.一、选择题1.等比数列{a n }中,a 1=2,a 2=1,则S 100等于( )A .4-2100B .4+2100C .4-2-98D .4-2-1002.在等比数列{a n }中,已知a 1=3,a n =48,S n =93,则n 的值为( )A .4B .5C .6D .73.设S n 为等比数列{a n }的前n 项和,8a 2+a 5=0,则S 5S 2等于( )A .11B .5C .-8D .-114.已知数列{a n }是等差数列,若a 2+2,a 4+4,a 6+6构成等比数列,则数列{a n }的公差d 等于() A .1 B .-1C .2D .-25.设公比为q (q >0)的等比数列{a n }的前n 项和为S n .若S 2=3a 2+2,S 4=3a 4+2,则a 1等于( )A .-2B .-1 C.12 D.236.已知数列{a n }满足3a n +1+a n =0,a 2=-43,则{a n }的前10项和等于 ( ) A .-6(1-3-10) B.19(1-3-10) C .3(1-3-10) D .3(1+3-10)7.一弹球从100米高处自由落下,每次着地后又跳回到原来高度的一半再落下,则第10次着地时所经过的路程和是(结果保留到个位)( )A .300米B .299米C .199米D .166米二、填空题8.设等比数列{a n }的前n 项和为S n ,若a 1=1,S 6=4S 3,则a 4= .9.数列a 1,a 2-a 1,a 3-a 2,…,a n -a n -1,…是首项为1,公比为2的等比数列,那么a n = .10.已知正项数列{a n }满足a 2n +1-6a 2n =a n +1a n .若a 1=2,则数列{a n }的前n 项和S n = . 11.设等比数列{a n }的前n 项和为S n ,若S 3+S 6=2S 9,则数列的公比q = .三、解答题12.(2018·绵阳检测)在等比数列{a n }中,a 2-a 1=2,且2a 2为3a 1和a 3的等差中项,求数列{a n }的首项、公比及前n 项和.13.设数列{a n }满足a 1+3a 2+32a 3+…+3n -1a n =n 3,n ∈N *. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)设b n =n a n,求数列{b n }的前n 项和S n .14.在等比数列{a n }中,对任意n ∈N *,a 1+a 2+…+a n =2n -1,则a 21+a 22+…+a 2n 等于() A .(2n -1)2 B.(2n -1)23 C .4n -1 D.4n -1315.已知等差数列{a n }满足a 2=0,a 6+a 8=-10.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n 2n -1的前n 项和.。
2.5 等比数列的前n 项和(一)自主学习知识梳理1.等比数列前n 项和公式:(1)公式:S n =⎩⎪⎨⎪⎧= (q ≠1)(q =1).(2)注意:应用该公式时,一定不要忽略q =1的情况. 2.等比数列前n 项和的一个常用性质:在等比数列中,若等比数列{a n }的公比为q ,当q =-1,且m 为偶数时,S m =S 2m =S 3m=0,此时S m 、S 2m -S m 、S 3m -S 2m 不成等比数列;当q ≠-1或m 为奇数时,S m 、S 2m -S m 、S 3m -S 2m 成等比数列.3.推导等比数列前n 项和的方法叫__________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.自主探究阅读教材后,完成下面等比数列前n 项和公式的推导过程.方法一:设等比数列a 1,a 2,a 3,…,a n ,…,它的前n 项和是S n =a 1+a 2+a 3+…+a n .由等比数列的通项公式可将S n 写成S n =a 1+a 1q +a 1q 2+…+a 1q n -1.① ①式两边同乘以q 得qS n =________________________________.②①-②,得(1-q )S n =____________,由此得q ≠1时,S n =__________,因为a n =________,所以上式可化为S n =________.当q =1时,S n =__________.方法二:由等比数列的定义知a 2a 1=a 3a 2=…=a na n -1=q .当q ≠1时, a 2+a 3+…+a n a 1+a 2+…+a n -1=q ,即S n -a 1S n -a n =q .故S n =____________.当q =1时,S n =____________.方法三:S n =a 1+a 1q +a 1q 2+…+a 1q n -1=a 1+q (a 1+a 1q +…+a 1q n -2) =a 1+qS n -1=a 1+q (S n -a n )当q ≠1时,S n =____________=____________. 当q =1时,S n =________.对点讲练知识点一 有关等比数列前n 项和的计算例1 在等比数列{a n }中,S 3=72,S 6=632,求a n .总结涉及等比数列前n项和时,要先判断q=1是否成立,防止因漏掉q=1而出错.变式训练1在等比数列{a n}中,a1+a n=66,a3a n-2=128,S n=126,求n和q.知识点二利用等比数列前n项和的性质解题例2在等比数列{a n}中,已知S n=48,S2n=60,求S3n.总结通过两种解法比较,可看出,利用等比数列前n项和的性质解题,思路清晰,过程较为简捷.变式训练2等比数列的前n项和为S n,若S10=10,S20=30,S60=630,求S70的值.知识点三 错位相减法的应用例3 求和:S n =x +2x 2+3x 3+…+nx n (x ≠0,n ∈N *).总结 一般地,如果数列{a n }是等差数列,{b n }是等比数列,求数列{a n b n }的前n 项和时,可采用这一思路和方法.变式训练3 求数列1,3a,5a 2,7a 3,…,(2n -1)a n -1的前n 项和.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:a 1,a n ,n ,q ,S n ,其中首项a 1和公比q 为基本量,且“知三求二”.2.前n 项和公式的应用中,注意前n 项和公式要分类讨论,即q ≠1和q =1时是不同的公式形式,不可忽略q =1的情况.3.教材中的推导方法叫做错位相减法,这种方法是我们应该掌握的重要方法之一.它适合数列{a n b n }的求和,其中{a n }代表等差数列,{b n }代表等比数列,即一个等差数列与一个等比数列对应项的乘积构成的新数列的求和可用此法.课时作业一、选择题1.设{a n }是公比为正数的等比数列,若a 1=1,a 5=16,则数列{a n }前7项的和为( ) A .63 B .64 C .127 D .1282.设等比数列{a n }的前n 项和为S n ,若S 3=2,S 6=18,则S 10S 5等于( )A .-3B .5C .-31D .333.已知公比为q (q ≠1)的等比数列{a n }的前n 项和为S n ,则数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n 的前n 项和为( )A.q n S nB.S n q nC.1S n q n -1D.S n a 21qn -1 4.在等比数列{a n }中,公比q 是整数,a 1+a 4=18,a 2+a 3=12,则此数列的前8项和为( )A .514B .513C .512D .510 5.在等比数列中,S 30=13S 10,S 10+S 30=140,则S 20等于( ) A .90 B .70 C .40 D .30题 号 1 2 3 4 5 答 案二、填空题6.设等比数列{a n }的公比q =2,前n 项和为S n ,则S 4a 2=________.7.若等比数列{a n }中,a 1=1,a n =-512,前n 项和为S n =-341,则n 的值是________. 8.如果数列{a n }的前n 项和S n =2a n -1,则此数列的通项公式a n =________. 三、解答题 9.设等比数列{a n }的公比q <1,前n 项和为S n .已知a 3=2,S 4=5S 2,求{a n }的通项公式.10.已知数列{a n }的前n 项和为S n ,S n =13(a n -1) (n ∈N *).(1)求a 1,a 2;(2)求证:数列{a n }是等比数列.§2.5 等比数列的前n 项和(一)知识梳理1.(1)a 1(1-q n )1-q a 1-a n q 1-qna 13.错位相减 自主探究a 1q +a 1q 2+a 1q 3+…+a 1qn -1+a 1q na 1-a 1q na 1(1-q n )1-q a 1q n -1 a 1-a n q 1-qna 1a 1-a n q1-qna 1 a 1-a n q 1-q a 1(1-q n )1-q na 1 对点讲练例1 解 由已知S 6≠2S 3,则q ≠1,又S 3=72,S 6=632,即⎩⎪⎨⎪⎧a 1(1-q 3)1-q=72, ①a 1(1-q 6)1-q =632. ②②÷①得1+q 3=9,∴q =2.可求得a 1=12,因此a n =a 1q n -1=2n -2.变式训练1 解 ∵a 3·a n -2=a 1·a n , ∴a 1a n =128,解方程组⎩⎪⎨⎪⎧a 1a n =128,a 1+a n=66,得①⎩⎪⎨⎪⎧ a 1=64,a n =2,或②⎩⎪⎨⎪⎧a 1=2,a n=64.将①代入S n =a 1-a n q 1-q=126,可得q =12,由a n =a 1q n -1可解得n =6.将②代入S n =a 1-a n q1-q ,可得q =2,由a n =a 1q n -1可解得n =6.故n =6,q =12或2.例2 解 方法一 因为S 2n ≠2S n ,所以q ≠1,由已知得⎩⎪⎨⎪⎧a 1(1-q n )1-q=48a 1(1-q2n)1-q=60①②②÷①得1+q n =54,即q n =14.③将③代入①得a 11-q =64,所以S 3n =a 1(1-q 3n )1-q=64×⎝⎛⎭⎫1-143=63. 方法二 因为{a n }为等比数列,且q ≠1, 所以S n ,S 2n -S n ,S 3n -S 2n 也成等比数列, 所以(S 2n -S n )2=S n (S 3n -S 2n ),所以S 3n =(S 2n -S n )2S n +S 2n =(60-48)248+60=63.变式训练2 解 设b 1=S 10,b 2=S 20-S 10,…,则b 7=S 70-S 60.因为q ≠1,所以S 10,S 20-S 10,S 30-S 20,…,S 70-S 60成等比数列,所以b 1,b 2,…,b 7成等比数列,首项为b 1=10,公比为q =b 2b 1=2010=2.求得b 7=10·26=640.由S 70-S 60=640,得S 70=1 270.例3 解 (1)当x =1时,S n =1+2+3+…+n =n (n +1)2.(2)当x ≠1时,S n =x +2x 2+3x 3+…+nx n ,①xS n =x 2+2x 3+3x 4+…+(n -1)x n +nx n +1,②①-②得,(1-x )S n =x +x 2+x 3+…+x n -nx n +1 =x (1-x n )1-x-nx n +1.∴S n =x (1-x n )(1-x )2-nx n +11-x.综上可得S n=⎩⎪⎨⎪⎧n (n +1)2 (x =1)x (1-x n)(1-x )2-nxn +11-x (x ≠1且x ≠0).变式训练3 解 (1)当a =0时,S n =1.(2)当a =1时,数列变为1,3,5,7,…,(2n -1),则S n =n [1+(2n -1)]2=n 2.(3)当a ≠1且a ≠0时,有S n =1+3a +5a 2+7a 3+…+(2n -1)a n -1,① aS n =a +3a 2+5a 3+7a 4+…+(2n -1)a n ,② ①-②得S n -aS n =1+2a +2a 2+2a 3+…+2a n -1-(2n -1)a n , (1-a )S n =1-(2n -1)a n+2(a +a 2+a 3+a 4+…+a n -1)=1-(2n -1)a n+2·a (1-a n -1)1-a=1-(2n -1)a n+2(a -a n )1-a,又1-a ≠0,∴S n =1-(2n -1)a n 1-a +2(a -a n )(1-a )2.综上,S n=⎩⎪⎨⎪⎧1 (a =0)n 2(a =1)1-(2n -1)a n1-a +2(a -a n )(1-a )2(a ≠0且a ≠1).课时作业1.C [设公比为q ,则由a 1=1,a 5=16得a 5=a 1q 4, 即16=q 4,由q >0,得q =2.则S 7=a 1(1-q 7)1-q =1-271-2=127.]2.D [由题意知公比q ≠1,S 6S 3=a 1(1-q 6)1-q a 1(1-q 3)1-q=1+q 3=9, ∴q =2,S 10S 5=a 1(1-q 10)1-q a 1(1-q 5)1-q =1+q 5=1+25=33.] 3.D [数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n 也是等比数列,且首项为1a 1,公比为1q ,其前n 项和为:1a 1⎝⎛⎭⎫1-1q n 1-1q=1a 21q n -1·a 1(q n -1)q -1=S na 21qn -1.] 4.D [由a 1+a 4=18和a 2+a 3=12,得方程组⎩⎪⎨⎪⎧ a 1+a 1q 3=18a 1q +a 1q 2=12,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1=2q =2或⎩⎪⎨⎪⎧a 1=16q =12.∵q 为整数,∴q =2,a 1=2,S 8=2(28-1)2-1=29-2=510.]5.C [q ≠1 (否则S 30=3S 10),∵⎩⎪⎨⎪⎧S 30=13S 10S 10+S 30=140,∴⎩⎪⎨⎪⎧S 10=10S 30=130,∴⎩⎪⎨⎪⎧a 1(1-q 10)1-q =10a 1(1-q 30)1-q=130,∴q 20+q 10-12=0.∴q 10=3或q 10=-4(舍去),∴S 20=a 1(1-q 20)1-q=S 10(1+q 10)=10×(1+3)=40.] 6.152解析 由等比数列的定义,S 4=a 1+a 2+a 3+a 4=a 2q+a 2+a 2q +a 2q 2,得S 4a 2=1q +1+q +q 2=152. 7.10解析 ∵S n =a 1-a n q1-q ,∴-341=1+512q1-q ,∴q =-2,又∵a n =a 1q n -1,∴-512=(-2)n -1, ∴n =10.8.2n -1解析 当n =1时,S 1=2a 1-1, ∴a 1=2a 1-1, ∴a 1=1.当n ≥2时,a n =S n -S n -1=(2a n -1)-(2a n -1-1) ∴a n =2a n -1,∴{a n }是等比数列,∴a n =2n -1,n ∈N *.9.解 方法一 由已知a 1≠0,S n =a 1(1-q n )1-q ,则⎩⎪⎨⎪⎧a 1q 2=2, ①a 1(1-q 4)1-q=5×a 1(1-q 2)1-q , ② 由②得1-q 4=5(1-q 2).∴(q 2-4)(q 2-1)=0.又q <1.∴q =-1或q =-2.当q =-1时,a 1=2,a n =2×(-1)n -1.当q =-2时,a 1=12,a n =12×(-2)n -1.方法二 ∵S 4=5S 2,∴a 1+a 2+a 3+a 4=5(a 1+a 2).∴a 3+a 4=4(a 1+a 2).(1)当a 1+a 2=0,即a 2=-a 1, 即q =-1时,a 3+a 4=0适合;∵a 3=2,∴a 1=2(-1)2=2,∴a n =2×(-1)n -1.(2)当a 1+a 2≠0时,a 3+a 4a 1+a 2=4.即q 2=4.又q <1,∴q =-2,a 1=2(-2)2=12,此时,a n =12×(-2)n -1. 10.(1)解 由S 1=13(a 1-1),得a 1=13(a 1-1),∴a 1=-12.又S 2=13(a 2-1),即a 1+a 2=13(a 2-1),得a 2=14.(2)证明 当n ≥2时,a n =S n -S n -1 =13(a n -1)-13(a n -1-1), 得a n a n -1=-12,又a 2a 1=-12,所以{a n }是首项为-12,公比为-12的等比数列.。