等比数列前n项合
-
等比数列前
n
项和和
1
.
理解并
掌握等比数列前
n
项和公式及其推导过程.
2
.能够应用前
n
项和公式解决等比数列的有关问题.
3
.进一步提高解方程
(
组
)
的能力,以及整体代换思想的应用能力
.
等比数列前
n
项和公式
知识点
基本内容
基本
公式
等比数列前
n
项和公式
q
=
p>
S
=
=
p>
q
n
根据
q
是否
为
1
,
有两种形式
基本
方法
推导等比数
列前
n
项和
的方法
错位相减法:
解决由等比数列与等差数列对应项的积
组成的数列求和问题
两边乘公比,错位
相减
3
.等比数列前
n
项和的公式是如何推导的?
提示:设
S
n
=
a
1
+
a<
/p>
2
+
a
3
+
…
+
a
n
①
则把①式两边同乘
以
q
得:
qS
n
=
a
1
q<
/p>
+
a
2
q
+
a
3
q
+
…
+
a
n
-
1
q
+
a
n
q
=
a
2
+
a<
/p>
3
+
a
4
+
…
+
a
n
+
a
n
+
1
②
①-②得
(1
-
q
)
S
n
=
a
1
-
a
n
+
1
a
1
-
a
n
+
p>
1
a
1
-
q
n
∴当
q
≠1
时,
S
n
=
=
.
1
-
q
1
-
< br>q
又当
q
=
1
时,∵
a
1
=
a
2
=
…
=
a
n
,∴
S
n
=
na<
/p>
1
.
1
p>
.应用等比数列前
n
项和公式时应注意什么
事项?
提示:在应用等比数列求和公式时,应分
q
=
1
与
< br>q
≠1
两种情况分别求解;若
q
≠1
,要说明
为什么
< br>q
≠1.
类型一
等
比数列前
n
项和公式的基本运算
p>
[
例
1
]
在等比数列
{
a
p>
n
}
中,
(1)
S
2
=
30
,
S
3
=
155
,求
S
n
;
(2)
若
S
n
=
189
,
q
=
2
,
a
n
=
96
,求
a
1
和
n
.
[
分析
]
<
/p>
(1
)
和
(2)
可利用等比数列的求和公式列方程组求解.
< br>
a
1
[
解
]
(
1)
由题意知
a
1
+
q
=
30
,
+
q
+
q
2
p>
=
155
,
p>
1
a
1
=
5
,
解得
或
5
q
=
5
,
q
=-
.
a
=
180
,
6
5
1 0
80×[1
-
-
6
1
+
5
从而
S
n
=
4
×
5
n
1
-
4<
/p>
或
S
n
=
11
a
1
(2)
由
S
n
=
-
q
n
1
-
q
n
< br>]
.
a
1
-
2
189
=
-
1
-
2
,
a
n<
/p>
=
a
1
·
q
n
1
以及已知条件
得
-
2<
/p>
n
1
,
96
=
a
1
·
n
,
192
∴
a
1
·
2
n
p>
=
192
,即
2<
/p>
n
=
a
,
1
192
∴
189
=
a
1
(2
n
-
1)
=
a
1
(
a
-
1)
,
1
96
-
∴
a
1
=
3,2
n
1
=
3
=
32
,∴
n
=
6.
[
点评
]
<
/p>
在等比数列
{
a
n
}
的五个量
a
1
,
q
,
a
n
,
n
,
p>
S
n
中,
a
1
与
q
是最基本的元
素,当条件与
结论间的联系不明显时,均可以用
a
1
与
q
列方程组求解.
p>
1
变式训练
1
(1)
等比数列
{
a
n
}
中,
q
=-
,
S
5
=
11
,则
a
1
,
a
5<
/p>
分别为
(
)
2
A
.<
/p>
14,1
B
.
p>
16
,-
1
C
.
16,1
D
.
14<
/p>
,-
1
(2
)
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
=
5
S
2
,求
{
a
n
}
的通项公式.
1
a
1
[1
-
-
2
解析:
(1)
S
5
=
1
1
-
-
2
1
a
p>
5
=
a
1
·
q
4
=
16×(
-
2
)
4
=
1.
a
1
(2)
由题设知
a
p>
1
≠0
,
S
n
=
2
5
]
=
11
⇒
a
1
=
16
,
-
q
n
(
q
<1)
,
1
-
q
a
q
=
2<
/p>
①
1
则
a
1
-
q
4
a
1
-
q
2
=
5×
②
1
-
q
1
-
p>
q
由②得
1
-
p>
q
4
=
5(1
p>
-
q
2
)
,
(
q
2
-
4)(
q
2
-
1)
=
0.
(
q
-
2)(
q
+
2)(
q
-
1)(
q
+
1)
=
0
,
因为
q
<1
,解得
q
=-
1
或
q
=-
2.
当
q
=-
1
时,代入①得
p>
a
1
=
2
,
-
通项公式
a
n
=
2×(
-
1)
n
1
;
1
当
q
=-
2
时,代入①得
p>
a
1
=
2
,
1
-
通项公式
a
n
=
2
×(
-
2)
n
1
.
综上,当
q
=-
1
时,
a
n
=
2×(
-
1)
n
1
.
-
1
-
当
q
=-
2
时,
a
n
=
2
×(
-
2)
n
1
.
答案:
(1)C
(2)
见解析
类型二
错位相减法求和
-
< br>[
例
2
]
设数列
{
a
n
}
满足
a
1
=
2
,
a<
/p>
n
+
1
-
a
n
=
3·
2
2
n
1
.
(1)
求数列
{
a
n
}
的通项公式;
(2)
令
b
n
=
na
n<
/p>
,求数列
{
b
n
}
的前
n
项和
S
n
.
[
分析
]
<
/p>
(1)
利用叠加法求
a
< br>n
;
(2)
< br>利用错位相减法求
S
n
.
[
解
]
p>
(1)
由已知得,当
n
≥1
时,
a
n
+
1
=
[(
a
n
+
1
-
a
n
)
p>
+
(
a
n
-
a
n
-
1
)
+
…
< br>+
(
a
2
-
a
1
)]
+
a
1
-<
/p>
-
=
3(2
2<
/p>
n
1
+
2
2
n
3
+
…
+
2)
+
2
+
-
=
2
2(
n
1)
1
.
而
a
< br>1
=
2
,
-
所以数列
{
a
n
}
的通项公式为
a
n
=
2
< br>2
n
1
.
-
(2)
由
b
n
=
na
n
=
n
·
2
2
n
1
知
p>
-
S
n
=
1·
2
+
2·
2
3
+
3·
2
5
+
…
+
n
·
2
2
n
1
.
①
+
从而<
/p>
2
2
·
S
n
=
1·
2
3
+
2·
2
5
+
3·
2
7
+
…
+
< br>n
·
2
2
n
1
.
②
①-②得
-
+
(1
-
2
2
)
S
n
=
p>
2
+
2
3
+
2
5
+
…
+
2
2
< br>n
1
-
n
·
2
2
n
1
.
1
+
即<
/p>
S
n
=
9
[(3
n
-
1)2<
/p>
2
n
1
+
2]
.
[
点评
]
<
/p>
所谓错位相减法是指在求和式子的左右两边同乘等比数列的公比,然后错位相减,
使其转化为等比数列求和问题.此种方法一般应用于形如数列
{
a
n
b
n
}
的求和,其中数列
{
a<
/p>
n
}
是等差数列,数列
< br>{
b
n
}
是等比数列.
1
2
3
n
变式训练
2
求和
S
n
=
+
2
+
3
+
…
+
n
.
a
a
a
a
解:分
a
=
1
和
a
≠1<
/p>
两种情况.
n
n
+
当
a
=<
/p>
1
时,
S
n
p>
=
1
+
2
+
3
+
…
+
n
=
2
< br>1
2
3
n
当
a
≠1
时,
S
n
=
a
+
a
2
+
a
p>
3
+
…
+
a
n
,
1
上式两边同乘以
a
,得<
/p>
;
n
-
1
1
1
2
n
S
=
+
+
…
+
+
2
3
n
+
,
n
a<
/p>
n
a
a
a
a
1
1
1
1
1
n
两式相减,得
p>
(1
-
a
)
S
n
=
a
+
a
2
+
…
+
a
n
-
n
+
1
,
a
a
a<
/p>
n
-
即
S
n
=
a
n
综上所述,得
n
p>
S
=
a
n
-
n
a
-
< br>a
-
2
.
n
+
2
a
n
-
a
n
,<
/p>
a
=
1
,
-
n
a
-
a
-
2
,
a
≠1.
类型三
等
比数列前
n
项和公式在实际中的应用
[
例
3]
<
/p>
已知某地今年年初拥有居民住房的总面积为
a
(
单位:
m
2
)
,
其中有部分旧住房需要拆
除.
当地有关部门决定每年以当年年初住房面积的
10%
建设新住房,
同时也拆除面积为
b
(
单
位:
m
< br>2
)
的旧住房.
(1)
分别写出第一年末和第二年末的实际住房面积的表达式;
(2)
如果第五年末该地的住房面积正好比今年年
初的住房面积增加了
30%
,则每年拆除的旧
< br>住房面积
b
是多少?
(
计算时取
1.1
5
=<
/p>
1.6)
[
分析
]
<
/p>
本题以实际问题为载体,融函数建模、数列的知识于一体,主要考查学生阅读资料
提取信息以及用所学知识解决实际问题的能力.
[
解
]
p>
设第
n
年末实际住房面积为
a
n
(
n
∈
N
*
)
.
(1)
由题意,则
a
1
=
1.1
a
-
b
(m
< br>2
)
.
a
2
=
1.1
a
1
-
b
=
1.1(1.1
a
-
< br>b
)
-
b
=
1.21
a
-
2.1
b
(m
2
< br>)
(2)
a
3
=
1.1
a
2
-
b
=
1.1(1.1
2
a
-
1.1
b
-
b
)
-
b
=
1.1
3
a
-
1.1
2
b
-
1.1
b
-
b
a
4
=
1.1
a
3
-
b
=
1.1(1.1
3
a
-
1.1
2
b
-
1.1
b
-
b
)
-
b
=
1.1
4
a
-
1.1
3
b
-
1.1
2
b
-
1.1
b
-
b
a
5
=
1.1
a
4
-
b
=
1.1(1.1
4
a
-
1.1
3
b
-
1.1
2
b
-
1.1
b
-
b
)
-
b
=
1.1
5
a
-
1.1
4
b
-
1.1
3
b
-
1.1
2
b
-
1.1
b
-
b
b
=
1.6
a
-
-
1.1
5
=
1.6
a
-
6
b
1
-
1.1
a
a
由题意
1.6
a
-
6
b
=
1.3
a
,解得
b
=
20
,所以每年拆除的旧住房面
积为
20
m
2
.
变式训练
3
水土流失是我国西部大开发中最突出的生态问题.
已知西部某地区有耕地
3 000
万亩需要退耕还林,国家确定
2000
年在该地区退耕还林的土地面积为
300
万亩,以后每年
退耕还林的土地面积比上一年递增
20%
p>
.
那么从
2000
年起,
到哪一年该地区基本解决退耕还
林问题?
(
计算时取
log
1.2
p>
3
=
6)
解:设
该地区从
2000
年起每年退耕还林的面积组成一个数列
{
a
n
}
,由题意,得
a
n
+
p>
1
=
a
n
(1
+
20%)
,
p>
∴
{
a
n
}
是首项为
a
1
=
300
,公比为
1.2
的等比数列.
设
{
a
n
}
的前
n
项和为
< br>S
n
,则
S
n
=
3 000.
∴
-
1.2
-
1
n
=
3 000.
∴<
/p>
1.2
n
=
3<
/p>
,解得
n
=
lo
g
1.2
3
=
6.
故到
2005
年该地区基本解决
退耕还林问题.
易错点:忽略
p>
q
的取值范围而导致出错
[
错题展示
]
已知等比数列
{
a
n
}
中,
a
1
=
2
,
S
3
=
6
,求<
/p>
a
3
和
q
.
[
错解
]
<
/p>
由等比数列的前
n
项和公式,
a
1
得
S
3
=
-
q
3
=
1
-
q
-
q
3<
/p>
=
6
,
1
-
q
解得
q
=-
2.
此时,<
/p>
a
3
=
a
1
q
2
=
2×(
-
2)
2
=
8
,
综上所述,
q
=-
2
,
a
3
=
8.
[
错因分析
]
在上面的求解过程中,没有讨论公比
q
是否为
1
,就直接使用了等比数列的前
a
1
n
项和公式
S
n
=
-
q
n
,从而有可能出现漏解情况.
p>
1
-
q
[
正解
]
若
q
=
1
,则
S
3
=
3
< br>a
1
=
6
,符合题意.
此时,
q
=
1
,
a
3
=
a
1
=
2.
若
q
≠1
,则由等比数列的前
n
项和公
式,
a
1
得
S
3
=
-
p>
q
3
=
1
-
q
-
q
3
=
6
,
< br>
1
-
q
解得
q
=
1(
舍去
)
或
q
=-
2.
此时,
a
< br>3
=
a
1
q
2
=
2×(
-
2)
2
=
8.
综上所述,
q
=
1
,
a
3
=
2
或
q
=-
2
,
a
3
=
8.
[
反思
]
<
/p>
在使用等比数列的前
n
项和公式解题时,
要注意对公比
q
是否为
1
进行讨论.当
q
a
1
=
1
时,
S
n
=
na
1
;当
q
≠1
时,
S
n
=
-
q
n
.
1
-
q
p>
1
.在等比数列的通项公式及前
n
项和公式中共有
a
1
,
a
n
,
n
p>
,
q
,
S
n
五个量,知道其中任意
三个量,都可求出其余
两个量.
2
.在应用公式求和时,应注意到公式的使用条件为
q
≠1
p>
,而当
q
=
1
p>
时应按常数列求和,即
a
1
S
n
=
na
< br>1
,
由非常数列的等比数列的前
n
项和
S
n
=
-
q
n
a
p>
1
n
a
1
=-
q
+
,
可以看出,
1
-
q
1
-
q
1
-
q
式子的组成是由一个指数式与一个常数的和构
成的,而指数式的系数与常数项互为相反数,
由此可以根据前
n
项和公式判断等比数列,
即非常数列的等比数列是
S
n
=
aq
n
-
a
(
a
≠0
,
q
≠1
,
n
∈
N
*
)
的等价条件.
< br>
3
.在含字母参数的等比数列求和时,应分
q
=
1
与
q
≠1
两种情况进行讨论.
1
.等比数列
{
a
n
}
的
公比
q
=
2
,
首项
a
1
=
2
,则
S
n
等于
(
) <
/p>
A
.
n
2
+
n
B
p>
.
n
2
-
n
+
C
.
2
n
1
< br>-
2
D
.
2
p>
n
-
1
解析:<
/p>
S
n
=
C
-
2
n
p>
+
=
2
n
1
-
2.
1
-
2
2
.
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
p>
(
)
A
.
514
B
.
513
C
.
512
D
.
510
a
1
+
p>
a
1
q
3
=
18
,
1
解析:由题意,得
解
得
q
=
2
,<
/p>
q
=
1
2
2
2
,
q
3
=-
1
,
q
2
,
q
< br>3
不合题意,舍去.
a
1
q
+
a
1
q
=
12
,
< br>∴
q
=
2
,
a
1
=
2
.
a
1
∴
S
8
=
1
p>
S
4
3
.设等比数
列
{
a
n
}<
/p>
的公比
q
=
,前
n
项和为
S
n
,则
=
________.
2
a
4
-
q
S
4
a
< br>1
解析:
a
=
< br>=
-
q
a
1
q
3
4
4
-
q
8
=
p>
1
-
q
-
2
8
=
510.
p>
1
-
2
1
-
q
=
-
q
q
3
4
< br>1
1
-
2
4
1
1
-
2
2
=
15.
3
答案:
15
4
.
已知等
比数列
{
a
n
}
中,
a
n
>
0
,
n
=
1,
2,3
,
…
,
a
2
=
2
,<
/p>
a
4
=
8
,
则前
5
项和
S
5
的值为
____
____
.
1
-
2
5
解析:易求得
q
=
2
,
a
1
=
1.
∴
S
5
=
=
31.
1
-
2
答案:
31
5
.求
S
n
=
x
+
2
x
2
+
3
x
3
p>
+
…
+
nx
n
(
x
≠0)
.
n
n
+
解:当
x
=
1
时,
S
n
=
1
+
2
< br>+
3
+
…
+
n
=
2
+
;
当
x
p>
≠1
时,
xS
n<
/p>
=
x
2
+
2
x
3
+
3
x
4
+
…
+
(
n
-
1)
x
n
+
nx
n
1
,
+
∴
(1
-
x
)
S
p>
n
=
x
+
x
2
+
x
3
+
…
+
< br>x
n
-
nx
n
1
.
x
∴
(1
-
x
)
S
n
=
∴<
/p>
S
n
=
n
∴
S
=
n
-
x
n
+
-
nx
n
1
.
1
-
x
n
+
1
-<
/p>
(
n
+
1)
p>
x
n
+
1]
.
2
[
nx
x
-
x
n
+
2
x
< br>-
x
x
=
,
n
+
x
n
+
x
n
p>
+
1
-
2
[
nx
等比数
列前
n
项和的性质
1
.
理解等
比数列前
n
项和的性质,会运用性质解题.
2
.能用等比数列的知识解决一些综合性问题
.
1
.等比数列前<
/p>
n
项和的性质
性质一:若某数列前
n
项和公式为
S<
/p>
n
=
a
n
-
1(
a
≠0
,
a
≠±1
,
n
∈
N
*
)
,则
{
a
n
}
成等比数列.
性质二:若数列
{
a
n
}
是公比为
q
的等比数列,则
①
S
n
+
m
=
< br>S
n
+
.
②在等比数列中,若项数为
p>
2
n
(
n
∈
N
*
)
,则
③
S
n
,
S
2
n
-
S
n
,
S
3
n
-
S<
/p>
2
n
成
数列.
2
.等比数列前
n
项和公式的函数观点
(1)
当公
比
q
≠1
时,等比数列的前
n
项和公式可写成
S
n<
/p>
=
的形式
,数列
{
S
n
}
对应的点
(
n
,
S
n
)
是
指数型函数
y
=
图象上
的一些离散的点.
(2)
当公比
q
=
1
时,因为
a
1
p>
≠0
,所以
S
n<
/p>
=
是
n
的正比
例函数,数列
{
S
n
< br>}
对应的点
(
n
,
S
n
)
是正比例函数
图象上的一些离散的点.
1
.若一个数列是等比数列,它的前
n
项和写成<
/p>
S
n
=
Aq
p>
n
+
B
(
q
≠1)
,则
A
与
B
有何关系?
<
/p>
提示:
A
+
B<
/p>
=
0
,
a
1
∵
S
n
=
-
q
n
a
1
a
1
n
=
-
·
q
,则常数项与
q
< br>n
的系数互为相反数.
1
p>
-
q
1
-
q
1
-
q
S
偶
=
.
S
奇<
/p>
2
.前
n
项和的
性质:
“
S
n
,
S
2
n
-<
/p>
S
n
,
S
3
n
-
S
2
n
成等比数列
”
,有什么条件吗?
提示:
< br>当
q
=-
1
,
n
为偶数时,
上述性质不成立.
原因是:
S
n
=
0
,
S
2<
/p>
n
-
S
n
=
0
,
S
3
n
-
S
2
n
=
0
,
所以不能构成等比数列.
3<
/p>
.性质:
S
m
+
n
=
S
n
p>
+
q
n
S
m
如何推导?
提示:
S
m
+
n
p>
=
S
n
+
a
n
+
1
+
a
n
+
< br>2
+
…
+
a
n
+
m
=
S
n
+
p>
q
n
(
a
1
+
a
2
+
…
+
a
< br>m
)
=
S
n
+
q
n
·
S
m
.
类型一
等
比数列前
n
项和性质的应用
[
例
1]
<
/p>
等比数列
{
a
n
}
中,
S
2<
/p>
=
7
,
S
6
=
91
,则
S
4
为
(
)
A
.
28
B
.
32
C
.
35
D
.
49
[
解析
]
<
/p>
方法一:∵
S
2
=
7
,
S
6<
/p>
=
91
,易知
q
≠1
,
<
/p>
S
2
=
7
,
由
得
a
1
S
6
=
91
,
a
1
+
q
=
7
p>
,
-
q
6
=
91
,
1
-
q
+
q
2
+
q
4
=
91.
a
1
∴
p>
+
q
-
q
1
-
q