1.公式法
(1)等差數(shù)列的前n項和公式:
Sn=eq \f(n(a1+an),2)=na1+eq \f(n(n-1),2)d.
(2)等比數(shù)列的前n項和公式:
Sn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(na1,q=1,,\f(a1(1-qn),1-q)=\f(a1-anq,1-q),q≠1.))
2.分組轉(zhuǎn)化法
一個數(shù)列的通項公式是由若干個等差數(shù)列或等比數(shù)列或可求和的數(shù)列組成,則求和時可用分組轉(zhuǎn)化法,分別求和后再相加減.
3.并項求和法
一個數(shù)列的前n項和,可兩兩結(jié)合求解,則稱之為并項求和.形如an=(-1)nf(n)類型,可采用兩項合并求解.
4.錯位相減法
如果一個數(shù)列的各項是由一個等差數(shù)列和一個等比數(shù)列的對應項之積構(gòu)成的,那么這個數(shù)列的前n項和即可用此法來求,如等比數(shù)列的前n項和就是用此法推導的.
5.倒序相加法
如果一個數(shù)列{an}的前n項中首末兩端等“距離”的兩項的和相等或等于同一個常數(shù),那么求這個數(shù)列的前n項和即可用倒序相加法,如等差數(shù)列的前n項和即是用此法推導的.
6.裂項相消法
把數(shù)列的通項拆成兩項之差,在求和時中間的一些項可以相互抵消,從而求得其和.
常見的拆項類型
(1)分式型:eq \f(1,n(n+k))=eq \f(1,k)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,n)-\f(1,n+k))),
eq \f(1,(2n-1)(2n+1))=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1))),
eq \f(1,n(n+1)(n+2))=eq \f(1,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,n(n+1))-,\f(1,(n+1)(n+2))))等.
(2)指數(shù)型:eq \f(2n,(2n+1-1)(2n-1))=eq \f(1,2n-1)-eq \f(1,2n+1-1),eq \f(n+2,n(n+1)·2n)=eq \f(1,n·2n-1)-
eq \f(1,(n+1)·2n)等.
(3)根式型:eq \f(1,\r(n)+\r(n+k))=eq \f(1,k)(eq \r(n+k)-eq \r(n))等.
(4)對數(shù)型:lgmeq \f(an+1,an)=lgman+1-lgman,an>0,m>0且m≠1.
1.(人教B選擇性必修第三冊習題5-5B T4改編)數(shù)列{an}的前n項和為Sn,若an=eq \f(1,n(n+1)),則S5=( )
A.1 B.eq \f(5,6)
C.eq \f(1,6) D.eq \f(1,30)
答案 B
解析 ∵an=eq \f(1,n(n+1))=eq \f(1,n)-eq \f(1,n+1),∴S5=a1+a2+…+a5=1-eq \f(1,2)+eq \f(1,2)-eq \f(1,3)+…+eq \f(1,5)-eq \f(1,6)=eq \f(5,6).故選B.
2.若數(shù)列{an}的通項公式為an=2n+2n-1,則數(shù)列{an}的前n項和為( )
A.2n+n2-1 B.2n+1+n2-1
C.2n+1+n2-2 D.2n+n-2
答案 C
解析 Sn=a1+a2+a3+…+an=(21+2×1-1)+(22+2×2-1)+(23+2×3-1)+…+(2n+2n-1)=(2+22+23+…+2n)+2(1+2+3+…+n)-n=eq \f(2(1-2n),1-2)+2×eq \f(n(n+1),2)-n=2(2n-1)+n2+n-n=2n+1+n2-2.故選C.
3.數(shù)列{an}的通項公式是an=(-1)n·(2n-1),則該數(shù)列的前100項和為( )
A.-200 B.-100
C.200 D.100
答案 D
解析 根據(jù)題意有S100=-1+3-5+7-9+11-…-197+199=2×50=100.故選D.
4.(人教B選擇性必修第三冊習題5-5B T3改編)Sn=eq \f(1,22-1)+eq \f(1,42-1)+…+eq \f(1,(2n)2-1)=________.
答案 eq \f(n,2n+1)
解析 通項公式為an=eq \f(1,(2n)2-1)
=eq \f(1,(2n-1)(2n+1))=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1))),
∴Sn=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(1,3)+\f(1,3)-\f(1,5)+…+\f(1,2n-1)-\f(1,2n+1)))=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(1,2n+1)))=eq \f(n,2n+1).
5.(人教A選擇性必修第二冊習題4.3 T3(2)改編)1+2x+3x2+…+nxn-1=________.
答案 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(1-xn,(1-x)2)-\f(nxn,1-x),x≠1,,\f(n(n+1),2),x=1))
解析 記Sn=1+2x+3x2+…+nxn-1,當x=1時,Sn=1+2+3+…+n=eq \f(n(n+1),2),當x≠1時,xSn=x+2x2+3x3+…+(n-1)xn-1+nxn,(1-x)Sn=1+x+x2+x3+…+xn-1-nxn,所以Sn=eq \f(1-xn,(1-x)2)-eq \f(nxn,1-x)(x≠1).原式=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(1-xn,(1-x)2)-\f(nxn,1-x),x≠1,,\f(n(n+1),2),x=1.))
多角度探究突破
角度分組求和
例1 (2023·廣東深圳模擬)已知數(shù)列{an}為正項等差數(shù)列,數(shù)列{bn}為遞增的正項等比數(shù)列,a1=1,a1-b1=a2-b2=a4-b3=0.
(1)求數(shù)列{an},{bn}的通項公式;
(2)數(shù)列{cn}滿足cn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(an,n為奇數(shù),,bn,n為偶數(shù),))求數(shù)列{cn}的前2n項和.
解 (1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d,等比數(shù)列{bn}的公比為q,
因為a1=1,a1-b1=a2-b2=a4-b3=0,
所以得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(1+d=q,,1+3d=q2,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(q=1,,d=0))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(q=2,,d=1,))
因為數(shù)列{bn}為正項遞增數(shù)列,
所以q=2,d=1,
所以an=1+(n-1)×1=n,
bn=1×2n-1=2n-1.
(2)由(1)得cn=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(n,n為奇數(shù),,2n-1,n為偶數(shù),))
所以數(shù)列{cn}的前2n項和為
T2n=(a1+a3+…+a2n-1)+(b2+b4+…+b2n)=(1+3+…+2n-1)+(21+23+…+22n-1)=eq \f((1+2n-1)n,2)+eq \f(21×(1-4n),1-4)
=eq \f(3n2+22n+1-2,3).
分組轉(zhuǎn)化求和的常見類型
(1)若an=bn±cn,且{bn},{cn}為等差或等比數(shù)列,可采用分組求和法求{an}的前n項和.
(2)若an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(bn,n為奇數(shù),,cn,n為偶數(shù),))且數(shù)列{bn},{cn}是等比數(shù)列或等差數(shù)列,可采用分組求和法求和.
(2020·新高考Ⅰ卷)已知公比大于1的等比數(shù)列{an}滿足a2+a4=20,a3=8.
(1)求{an}的通項公式;
(2)記bm為{an}在區(qū)間(0,m](m∈N*)中的項的個數(shù),求數(shù)列{bm}的前100項和S100.
解 (1)設(shè)等比數(shù)列{an}的首項為a1,公比為q,
依題意有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a1q+a1q3=20,,a1q2=8,))
解得a1=2,q=2或a1=32,q=eq \f(1,2)(舍去),
所以數(shù)列{an}的通項公式為an=2n.
(2)由于21=2,22=4,23=8,24=16,25=32,26=64,27=128,
b1對應的區(qū)間為(0,1],則b1=0;
b2,b3對應的區(qū)間分別為(0,2],(0,3],
則b2=b3=1,即有2個1;
b4,b5,b6,b7對應的區(qū)間分別為(0,4],(0,5],(0,6],(0,7],則b4=b5=b6=b7=2,即有22個2;
b8,b9,…,b15對應的區(qū)間分別為(0,8],(0,9],…,(0,15],則b8=b9=…=b15=3,即有23個3;
b16,b17,…,b31對應的區(qū)間分別為(0,16],(0,17],…,(0,31],則b16=b17=…=b31=4,即有24個4;
b32,b33,…,b63對應的區(qū)間分別為(0,32],(0,33],…,(0,63],則b32=b33=…=b63=5,即有25個5;
b64,b65,…,b100對應的區(qū)間分別為(0,64],(0,65],…,(0,100],則b64=b65=…=b100=6,即有37個6.
所以S100=1×2+2×22+3×23+4×24+5×25+6×37=480.
角度并項求和
例2 已知等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,a5=9,S5=25.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式及Sn;
(2)設(shè)bn=(-1)nSn,求數(shù)列{bn}的前n項和Tn.
解 (1)設(shè)數(shù)列{an}的公差為d,
由S5=5a3=25得a3=a1+2d=5,
又a5=9=a1+4d,所以d=2,a1=1,
所以an=2n-1,Sn=eq \f(n(1+2n-1),2)=n2.
(2)結(jié)合(1)知bn=(-1)nn2,當n為偶數(shù)時,
Tn=(b1+b2)+(b3+b4)+(b5+b6)+…+(bn-1+bn)
=(-12+22)+(-32+42)+(-52+62)+…+[-(n-1)2+n2]
=(2-1)×(2+1)+(4-3)×(4+3)+(6-5)×(6+5)+…+[n-(n-1)]×[n+(n-1)]
=1+2+3+…+n=eq \f(n(n+1),2);
當n為奇數(shù)時,n-1為偶數(shù),
Tn=Tn-1+(-1)nn2=eq \f((n-1)n,2)-n2
=-eq \f(n(n+1),2).
綜上,Tn=eq \f((-1)nn(n+1),2).
形如an=(-1)nf(n)類型,可采用兩項合并求解.例如,Sn=1002-992+982-972+…+22-12=(100+99)+(98+97)+…+(2+1)=5050.
已知數(shù)列{an}的前n項和Sn=eq \f(n2+n,2),n∈N*.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式;
(2)設(shè)bn=2an+(-1)nan,求數(shù)列{bn}的前2n項和.
解 (1)當n=1時,a1=S1=1;
當n≥2時,an=Sn-Sn-1
=eq \f(n2+n,2)-eq \f((n-1)2+(n-1),2)=n.
a1=1也滿足an=n,
故數(shù)列{an}的通項公式為an=n.
(2)由(1)知an=n,故bn=2n+(-1)nn.
記數(shù)列{bn}的前2n項和為T2n,
則T2n=(21+22+…+22n)+[-1+2-3+4-…-(2n-1)+2n].
記A=21+22+…+22n,B=-1+2-3+4-…-(2n-1)+2n,
則A=eq \f(2(1-22n),1-2)=22n+1-2,
B=(-1+2)+(-3+4)+…+[-(2n-1)+2n]=n.
故數(shù)列{bn}的前2n項和T2n=A+B=22n+1+n-2.
例3 (2023·承德模擬)已知數(shù)列{an}的前n項和為Sn,且eq \f(an+1,Sn)=eq \f(2,n).
(1)證明:數(shù)列{an}是等差數(shù)列;
(2)若a2+1,a3+1,a5成等比數(shù)列.從下面三個條件中選擇一個,求數(shù)列{bn}的前n項和Tn.
①bn=eq \f(n,aeq \\al(2,n)aeq \\al(2,n+1));②bn=eq \f(1,\r(an)+\r(an+1));
③bn=eq \f(2n+3,anan+12n+1).
注:如果選擇多個條件分別解答,按第一個解答計分.
解 (1)證明:因為eq \f(an+1,Sn)=eq \f(2,n),即n(an+1)=2Sn,當n=1時,a1+1=2S1,解得a1=1,
當n≥2時,(n-1)(an-1+1)=2Sn-1,
所以n(an+1)-(n-1)(an-1+1)=2Sn-2Sn-1,
即n(an+1)-(n-1)(an-1+1)=2an,
所以(n-2)an-(n-1)an-1+1=0,
當n=2時,上述式子恒成立,
當n>2時,兩邊同除以(n-2)(n-1)可得
eq \f(an,n-1)-eq \f(an-1,n-2)=-eq \f(1,(n-1)(n-2))=eq \f(1,n-1)-eq \f(1,n-2),
即eq \f(an,n-1)-eq \f(1,n-1)=eq \f(an-1,n-2)-eq \f(1,n-2),
所以eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(an-1,n-1)))為常數(shù)列,即eq \f(an-1,n-1)=a2-1,
所以an-1=(n-1)(a2-1),
即an=(n-1)(a2-1)+1,
當n=1時,也適合上式,
所以an+1-an=n(a2-1)+1-(n-1)(a2-1)-1=a2-1,
所以數(shù)列{an}是以1為首項,a2-1為公差的等差數(shù)列.
(2)設(shè){an}的公差為d,因為a2+1,a3+1,a5成等比數(shù)列,
所以(a3+1)2=a5(a2+1),即(2+2d)2=(1+4d)(2+d),
解得d=2,所以an=2n-1.
若選①bn=eq \f(n,aeq \\al(2,n)aeq \\al(2,n+1)),
則bn=eq \f(n,(2n-1)2(2n+1)2)=eq \f(1,8)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,(2n-1)2)-\f(1,(2n+1)2))),
所以Tn=eq \f(1,8)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,12)-\f(1,32)+\f(1,32)-\f(1,52)+…+\f(1,(2n-1)2)-\f(1,(2n+1)2)))=eq \f(1,8)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(1-\f(1,(2n+1)2))).
若選②bn=eq \f(1,\r(an)+\r(an+1)),
則bn=eq \f(1,\r(2n-1)+\r(2n+1))
=eq \f(\r(2n+1)-\r(2n-1),(\r(2n-1)+\r(2n+1))(\r(2n+1)-\r(2n-1)))
=eq \f(1,2)(eq \r(2n+1)-eq \r(2n-1)),
所以Tn=eq \f(1,2)(eq \r(3)-eq \r(1)+eq \r(5)-eq \r(3)+…+eq \r(2n+1)-eq \r(2n-1))=eq \f(1,2)(eq \r(2n+1)-1).
若選③bn=eq \f(2n+3,anan+12n+1),
則bn=eq \f(2n+3,(2n-1)(2n+1)2n+1)=eq \f(1,(2n-1)×2n)-eq \f(1,(2n+1)×2n+1),
所以Tn=eq \f(1,1×21)-eq \f(1,3×22)+eq \f(1,3×22)-eq \f(1,5×23)+…+eq \f(1,(2n-1)×2n)-eq \f(1,(2n+1)×2n+1)
=eq \f(1,2)-eq \f(1,(2n+1)×2n+1).
利用裂項相消法求和的注意事項
(1)抵消后并不一定只剩下第一項和最后一項,也有可能前面剩兩項,后面也剩兩項;或者前面剩幾項,后面也剩幾項.
(2)將通項裂項后,有時需要調(diào)整前面的系數(shù),使裂開的兩項之差和系數(shù)之積與原通項相等.如:若{an}是等差數(shù)列,則eq \f(1,anan+1)=eq \f(1,d)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)-\f(1,an+1))),eq \f(1,anan+2)=eq \f(1,2d)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,an)-\f(1,an+2))).
1.數(shù)列{an}的通項公式為an=eq \f(1,\r(n)+\r(n+1)),若{an}的前n項和為24,則n=( )
A.25 B.576
C.624 D.625
答案 C
解析 an=eq \r(n+1)-eq \r(n),所以Sn=(eq \r(2)-eq \r(1))+(eq \r(3)-eq \r(2))+…+(eq \r(n+1)-eq \r(n))=eq \r(n+1)-1,令Sn=24,得n=624.故選C.
2.(2022·新高考Ⅰ卷)記Sn為數(shù)列{an}的前n項和,已知a1=1,eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(Sn,an)))是公差為eq \f(1,3)的等差數(shù)列.
(1)求{an}的通項公式;
(2)證明:eq \f(1,a1)+eq \f(1,a2)+…+eq \f(1,an)

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