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4.3.2等比数列的前n项和公式
复习回顾
1、等比数列的前n项和公式
(1)“知三求二”实质是方程思想.
(2)当已知a1,q(q≠1)及n时,用公式 求和比较方便;
当已知a1,q,an时,则用公式 求和.
2、方法总结
当q=1时,Sn=na1
新知探究
思考1:等比数列前n项和公式 (q≠1)有什么样的函数特征?
等比数列前n项和公式的性质
①当q≠1时,
即Sn是n的指数型函数.
②当q=1时,Sn=na1,即Sn是n的正比例函数.
qn的系数与常数项互为相反数.
则Sn=Aqn-A.
1、一个等比数列的前n项和Sn=(1-2λ)+λ·2n,则λ=( )
A、-1 B、1 C、2 D、3
例题解析
B
解析:∵Sn=Aqn-A.
∴qn的系数与常数项互为相反数.
∴1-2λ=-λ,∴λ=1
随堂练习
1、若数列{an}是等比数列,且其前n项和为Sn=3n+1-2k,则实数k等于 .
解析:∵Sn=3n+1-2k=3·3n-2k,且{an}为等比数列,
∴3-2k=0,即
2、记数列{an}的前n项和Sn=2n+λ.
(1)当λ=3时,求{an}的通项公式;
(2)是否存在常数λ,使得{an}为等比数列?请说明理由.
例题解析
解析:(1)把λ=3代入数列的前n项和,求出首项,再由an=Sn-Sn-1求出n≥2时的通项公式,验证后得答案.
解:(1)当λ=3时,Sn=2n+3,
①当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n+3-2n-1-3=2n-1.
②当n=1时a1=S1=5,不符合上式.
2、记数列{an}的前n项和Sn=2n+λ.
(1)当λ=3时,求{an}的通项公式;
(2)是否存在常数λ,使得{an}为等比数列?请说明理由.
例题解析
解:(2)由Sn=2n+λ,得
①当n=1时a1=S1=2+λ;
②当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n+λ-2n-1-λ=2n-1.
若存在常数λ,使得{an}为等比数列,
则2+λ=20=1,得λ=-1.
故存在实数λ=-1,使得{an}为等比数列.
解析:(2)由数列的前n项和求得首项,再由an=Sn-Sn-1求出n≥2时的通项公式,由首项适合该通项公式即可求得λ的值.
2、已知数列{an}的前n项和为Sn,若Sn=2n-1,判断{an}是不是等比数列,请说明理由.
随堂练习
解:由Sn=2n-1,得a1=S1=1,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(2n-1)-(2n-1-1)=2n-1,
令n=1,得21-1=1=a1,所以an=2n-1,n∈N*,
所以{an}是等比数列.
新知探究
注意:(3)(4)不能作为证明方法,证明一个数列是等比数列,只能用定义法或等比中项法.
等比数列的判定
(2)等比中项法:若an+12=anan+2(n∈N*且an≠0),则数列{an}为等比数列.
(1)定义法:若数列{an}满足 (q为常数且不为零)或 (n≥2,q为常数且不为零),则数列{an}是等比数列.
(3)通项公式法:若数列{an}的通项公式为an=a1qn-1(a1≠0,q≠0),则数列{an}是等比数列.
(4)前n项和公式法:若数列{an}的前n项和为Sn=Aqn-A(Aq≠0且q≠1),则数列{an}是等比数列.
新知探究
思考2:若{an}是公比为q的等比数列,S偶、S奇分别是数列的偶数项和与奇数项和,则S偶,S奇之间有什么关系?
等比数列前n项和公式的性质
(1)若等比数列{an}的项数有2n项,则
(2)若等比数列{an}的项数有2n+1项,则
S奇=a1+a3+… + a2n-1 +a2n+1
=a1+(a3+… a2n-1 +a2n+1)
=a1+q(a2+a4+…+a2n)
=a1+qS偶
S奇=a1+qS偶
S偶=a2+a4+…+a2n
S奇=a1+a3+…+a2n-1
S偶=a2+a4+…+a2n
S偶=qS奇
3、已知等比数列{an}共有32项,其公比q=3,且奇数项之和比偶数项之和少60,则数列{an}的所有项之和是( )
A、30 B、60 C、90 D、120
例题解析
D
解:设等比数列{an}的奇数项之和为S奇,偶数项之和为S偶,
则S偶=qS奇=3S奇
又S奇 +60=S偶,则S奇 +60=3S偶
∴S奇= 30,S偶= 90
故数列{an}的所有项之和是 30+90=120.
3、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= .
随堂练习
2
解:因为{an}是项数为偶数的等比数列,
又因为S奇+S偶=-240,S奇-S偶=80,
所以S奇 =-80,S偶=-160
新知探究
思考3:已知等比数列{an}的公比q≠-1,前n项和为Sn,证明Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,并求这个数列的公比.
等比数列前n项和公式的性质
因为qn为常数,所以Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,公比为qn.
证明:当q=1时,
Sn=na1,
S2n-Sn=2na1-na1=na1,
S3n-S2n=3na1-2na1=na1,
4、等比数列{an}的前n项和为Sn=48,前2n项和为S2n=60,则前3n项和S3n=___.
例题解析
方法一:设等比数列的首项为a1,公比为q,由已知易知q≠1,
方法二:由Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,
得(S2n-Sn)2=Sn·(S3n-S2n),
即(60-48)2=48(S3n-60),解得S3n=63.
4、在等比数列{an}中,若S2=7,S6=91,则S4= .
随堂练习
解:∵数列{an}是等比数列,且易知公比q≠-1,
∴S2,S4﹣S2,S6﹣S4也构成等比数列,
即7,S4-7,91-S4构成等比数列,
∴(S4-7)2=7(91-S4),解得S4=28或S4=-21.
又S4=a1+a2+a3+a4=a1+a2+a1q2+a2q2
=(a1+a2)(1+q2)=S2(1+q2)>0,∴S4=28.
5、如果一个等比数列前5项和等于10,前10项的和等于50,求这个数列前15项的和及其公比.
随堂练习
方法一:设等比数列的首项为a1,公比为q,由已知易知q≠1,
方法二:由Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,
得(S10-S5)2=S5·(S15-S10),
即(50-10)2=10(S15-50),解得S15=210.
例题解析
等比数列前n项和公式的实际应用
5、如图,正方形ABCD的边长为5cm,取正方形ABCD各边的中点E, F, G, H,作第2个正方形EFGH,然后再取正方形EFGH各边的中点I, J, K, L,作第3个正方形IJKL,依此方法一直继续下去.
(1)求从正方形ABCD开始,连续10个正方形的面积之和;
(2)如果这个作图过程可以一直继续下去,那么所有这些正方形的面积之和将趋近于多少
分析:可以利用数列表示各正方形的面积,根据条件可知,这是一个等比数列.
解:设正方形的面积为a1,后继各正方形的面积依次为a2,a3,…,an,…,则a1=25.
设{an}的前项和为Sn .
则数列{an}是以25为首项,公比为 的等比数列.
所以,前10个正方形的面积之和为
由于第k+1个正方形的顶点分别是第k个正方形各边的中点,所以
例题解析
等比数列前n项和公式的实际应用
5、如图,正方形ABCD的边长为5cm,取正方形ABCD各边的中点E, F, G, H,作第2个正方形EFGH,然后再取正方形EFGH各边的中点I, J, K, L,作第3个正方形IJKL,依此方法一直继续下去.
(1)求从正方形ABCD开始,连续10个正方形的面积之和;
(2)如果这个作图过程可以一直继续下去,那么所有这些正方形的面积之和将趋近于多少
(2) 当n无限增大时,Sn无限趋近于所有正方形的面积和:a1+a2+a3+…+an+…,
所以,所有这些正方形的面积之和将趋近于50.
随着n的无限增大, 将趋近与0,Sn趋近与50.
例题解析
等比数列前n项和公式的实际应用
6、去年某地产生的生活垃圾为20万吨,其中14万吨垃圾以填埋方式处理,6万吨垃圾以环保方式处理,预计每年生活垃圾的总量递增5%,同时,通过环保方式处理的垃圾量每年增加1.5万吨. 为了确定处理生活垃圾的预算,请写出从今年起n年内通过填埋方式处理的垃圾总量的计算公式,并计算从今年起5年内通过填埋方式处理的垃圾总量(精确到0.1万吨).
分析:由题意可知,每年生活垃圾的总量构成等比数列,而每年以环保方式处理的垃圾量构成等差数列 . 因此,可以利用等差数列、等比数列的知识进行计算.
解:设从今年起每年生活垃圾的总量(单位:万吨)构成等比数列{an},
每年以环保方式处理的垃圾量(单位:万吨)构成等差数列{bn},
n年内通过填埋方式处理的垃圾总量为Sn(单位:万吨),
则an=20(1+5%)n,bn=6+1.5n,
Sn=(a1 b1)+(a2 b2)+…+(an bn)
=(a1+a2+…+an) (b1+b2+…+bn)
=(20×1.05+20×1.052+…+20×1.05n) (7.5+9+…6+1.5n)
当n=5时,S5≈63.5
所以,从今年起5年内,通过填埋方式处理的垃圾总量约为 63.5万吨.
方法总结
数列求和方法:分组求和法
(1)求形如cn=an±bn的前n项和公式,其中{an}与{bn}是等差数列或等比数列;
(2) 将等差数列和等比数列分开:
Tn=c1+c2+…+cn=(a1+a2+…+an)±(b1+b2+…+bn)
(3) 利用等差数列和等比数列前n项和公式来计算Tn.
例题解析
等比数列前n项和公式的实际应用
7、某牧场今年初牛的存栏数为1200,预计以后每年存栏数的增长率为8%,且在每年年底卖出100头牛。设牧场从今年起每年年初的计划存栏数依次为c1,c2,c3,…
(1)写出一个递推公式,表示cn+1与cn之间的关系;
(2)将(1)中的递推公式表示成cn+1-k=r(cn-k)的形式,其中k,r为常数;
(3)求S10=c1+c2+c3+…+c10的值(精确到1)
分析:(1)可以利用“每年存栏数的增长率为8%”和“每年年底卖出100头”建立cn+1与cn的关系;
解:(1)由题意,得c1=1200,并且cn+1=1.08cn 100. ①
分析:(2)这是待定系数法的应用,可以将它还原为(1)中的递推公式形式,通过比较系数,得到方程组;
例题解析
等比数列前n项和公式的实际应用
7、某牧场今年初牛的存栏数为1200,预计以后每年存栏数的增长率为8%,且在每年年底卖出100头牛。设牧场从今年起每年年初的计划存栏数依次为c1,c2,c3,…
(1)写出一个递推公式,表示cn+1与cn之间的关系;
(2)将(1)中的递推公式表示成cn+1-k=r(cn-k)的形式,其中k,r为常数;
(3)求S10=c1+c2+c3+…+c10的值(精确到1)
解:(1)由题意,得c1=1200,并且cn+1=1.08cn 100. ①
(2)将cn+1-k=r(cn-k)化成cn+1=rcn rk+k. ②
比较①②的系数,可得
解这个方程组,得
所以,(1)中的递推公式可以化为:cn+1-1250=1.08(cn-1250).
例题解析
等比数列前n项和公式的实际应用
7、某牧场今年初牛的存栏数为1200,预计以后每年存栏数的增长率为8%,且在每年年底卖出100头牛。设牧场从今年起每年年初的计划存栏数依次为c1,c2,c3,…
(1)写出一个递推公式,表示cn+1与cn之间的关系;
(2)将(1)中的递推公式表示成cn+1-k=r(cn-k)的形式,其中k,r为常数;
(3)求S10=c1+c2+c3+…+c10的值(精确到1)
分析:(3)利用(2)的结论可得出解答。
(3)由(2)可知,数列{cn-1250}是以-50为首项,1.08为公比的等比数列,则:
(c1 1250)+(c2 1250)+(c3 1250)+ +(c10 1250)
≈ 724.3.
所以,S10=c1+c2+c3+…+c10≈1250×10 724.3=11775.7≈11776.
6、求下列各式的和
(1)(2-3×5-1)+(4-3×5-2)+……+(2n-3×5-n);
(2)1+2x+3x2+……+nxn-1.
随堂练习
7、已知数列{an}的前n项和为Sn,若Sn=2an+1,求Sn.
随堂练习
Sn=-2n+1,
8、已知数列{an}的首项a1=3,通项an=2np+nq(n∈N*,pq为常数)且a1,a4,a5成等差数列.
(1)求p,q的值;
(2)求数列{an}的前n项和Sn.
随堂练习
p=q=1
分组求和法
9、已知等比数列{an}中a1=2,a3+2是a2和a4的等差中项.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记bn=anlog2an,求数列{bn}的前n项和Sn.
随堂练习
错位相减法
an=2n
Sn=2+(n-1)·2n+1
10、设Sn为数列{an}的前n项和,已知a1≠0,2an-a1=S1·Sn,n∈N*.
(1)求a1,a2,并求数列{an}的通项公式;
(2)记bn=nan,求数列{bn}的前n项和Tn.
随堂练习
an=2n-1
Tn=(n-1)·2n+1
11、已知数列{an}是递增的等差数列,a2,a4是方程x2-5x+6=0的根.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)求数列 的前n项和Sn.
随堂练习
课堂小结
等比数列前n项和的性质:
(1)若一个非常数数列{an}的前n项和Sn=Aqn A(A≠0,q≠0,n∈N*),则数列{an}为等比数列,
即Sn=Aqn A(A≠0,q≠0,q≠1,n∈N*) 数列{an}为等比数列.
(2)等比数列{an}中,若项数为2n,则 ;若项数为2n+1,则 .
(3)若等比数列{an}的前n项和为Sn,则Sn,S2n Sn,S3n S2n, 成等比数列(其中Sn,S2n Sn,S3n S2n,……均不为0).