【等比数列公式前n项和】在数学中,等比数列是一种重要的数列形式,其特点是每一项与前一项的比值是一个常数,称为公比。了解等比数列前n项和的公式对于解决实际问题和数学推导具有重要意义。
一、等比数列的基本概念
- 定义:如果一个数列从第二项起,每一项与它前一项的比都等于同一个常数,那么这个数列叫做等比数列。
- 通项公式:设首项为 $ a $,公比为 $ r $,则第 $ n $ 项为
$$
a_n = a \cdot r^{n-1}
$$
二、等比数列前n项和的公式
等比数列前n项和的公式根据公比 $ r $ 的不同分为两种情况:
公比 $ r $ | 公式 | 说明 |
$ r \neq 1 $ | $ S_n = a \cdot \frac{1 - r^n}{1 - r} $ 或 $ S_n = a \cdot \frac{r^n - 1}{r - 1} $ | 当公比不为1时使用此公式 |
$ r = 1 $ | $ S_n = a \cdot n $ | 当公比为1时,所有项相等,直接相加即可 |
三、公式的推导思路
等比数列前n项和的公式可以通过以下方法推导:
1. 设等比数列前n项和为 $ S_n = a + ar + ar^2 + \cdots + ar^{n-1} $
2. 两边同时乘以公比 $ r $,得到:
$$
rS_n = ar + ar^2 + ar^3 + \cdots + ar^n
$$
3. 用原式减去新式:
$$
S_n - rS_n = a - ar^n
$$
4. 化简得:
$$
S_n(1 - r) = a(1 - r^n)
$$
5. 最终得到:
$$
S_n = a \cdot \frac{1 - r^n}{1 - r}
$$
四、应用实例
题目 | 已知条件 | 解答过程 | 结果 |
求首项为2,公比为3,前5项的和 | $ a=2, r=3, n=5 $ | $ S_5 = 2 \cdot \frac{1 - 3^5}{1 - 3} = 2 \cdot \frac{1 - 243}{-2} = 2 \cdot 121 = 242 $ | 242 |
求首项为5,公比为1,前10项的和 | $ a=5, r=1, n=10 $ | $ S_{10} = 5 \times 10 = 50 $ | 50 |
五、注意事项
- 当 $ r = 1 $ 时,数列为常数列,此时不能使用分式公式,应直接计算总和。
- 若 $
- 公式中的 $ a $ 是首项,$ r $ 是公比,$ n $ 是项数。
通过掌握等比数列前n项和的公式及其应用,可以更高效地解决相关数学问题,并为后续学习等比数列的应用打下坚实基础。
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