数列求和对按照一定规律排列的数进行求和。常见的方法有
公式法、
错位相减法、
倒序相加法、
分组法、
裂项法、
数学归纳法、
通项化归、并项求和。数列是高中代数的重要内容,又是学习
高等数学的基础。在高考和各种
数学竞赛中都占有重要的地位。数列求和是数列的重要内容之一,除了
等差数列和
等比数列有求和公式外,大部分数列的求和都需要有一定的技巧。
公式法
例如:
:等差数列公差
错位相减法
适用情况:
通项公式为等差数列乘以等比数列的数列求和
,分别是等差数列和等比数列.
其中:
那么:
此外,式可变形为:
其中,为的前n项和,此形式更便于记忆
阿贝尔求和公式
该公式又叫做分部求和公式,是离散型的
分部积分法,最早由数学家
阿贝尔提出。这个方法也适合解决等差等比数列相乘的数列求和,方便快捷并且证明十分容易。
设为公差为的等差数列,为公比不为1的等比数列,是其前项和,为数列的前项和,则:
再利用等比数列的求和公式把写出来即可。(这里不写是因为化简后的公式十分复杂,字母繁多,不如
具体问题具体分析)
证明:
又由于
那么
倒序相加法
这是推导等差数列的前n项和公式时所用的方法,就是将一个数列倒过来排列(反序),再把它与原数列相加,就可以得到n个(a1+an)
Sn =a1+ a2+ a3+...... +an
Sn =an+ an-1+an-2...... +a1
上下相加得Sn=(a1+an)n/2
分组法
有一类数列,既不是等差数列,也不是等比数列,若将这类数列适当拆开,可分为几个等差、等比或常见的数列,然后分别求和,再将其合并即可.
例如:an=2n+n-1,可看做是2n与n-1的和
Sn=a1+a2+...+an
=2+0+22+1+23+2+...+2n+n-1
=(2+22+...+2n)+(0+1+...+n-1)
=2(2n-1)/(2-1)+(0+n-1)n/2
=2n+1+n(n-1)/2-2
裂项相消法
适用于
分式形式的
通项公式,把一项拆成两个或多个的差的形式,即an=f(n+1)-f(n),然后累加时抵消中间的许多项。
常用公式:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
[例] 求数列 的前n项和.
解: (裂项)
则
小结:此类变形的特点是将原数列每一项拆为两项之后,其中中间的大部分项都互相抵消了。只剩下有限的几项。
注意: 余下的项具有如下的特点:
1、余下的项前后的位置前后是对称的。
2、余下的项前后的正负性是相反的。
数学归纳法
一般地,证明一个与
正整数n有关的命题,有如下步骤:
(1)证明当n取第一个值时命题成立;
(2)假设当n=k(k≥n的第一个值,k为
自然数)时命题成立,证明当n=k+1时命题也成立。
例:
求证:
1×2×3×4 + 2×3×4×5 + 3×4×5×6 + .…… + n(n+1)(n+2)(n+3) = [n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)]/5
证明:
当n=1时,有:
1×2×3×4 = 24 = 2×3×4×5/5
假设命题在n=k时成立,于是:
1×2x3×4 + 2×3×4×5 + 3×4×5×6 + .…… + k(k+1)(k+2)(k+3) = [k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)]/5
则当n=k+1时有:
1×2×3×4 + 2×3×4×5 + 3×4×5×6 + …… + (k+1)(k+2)(k+3)(k+4)
= 1×2×3×4 + 2×3×4×5 + 3×4×5×6 + …… + k(k+1)(k+2)(k+3) + (k+1)(k+2)(k+3)(k+4)
= [k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)]/5 + (k+1)(k+2)(k+3)(k+4)
= (k+1)(k+2)(k+3)(k+4)*(k/5 +1)
= [(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)(k+5)]/5
通项化归法
先将通项公式进行化简,再进行求和。
如:求数列的前n项和。此时先求出通项公式,再利用分组等方法求和。
并项求和法
(常采用先试探后求和的方法)
例:1-2+3-4+5-6+……+(2n-1)-2n
方法一:(并项)
求出奇数项和偶数项的和,再相减。
方法二:
(1-2)+(3-4)+(5-6)+……+[(2n-1)-2n]
方法三:
构造新的数列,可借用等差数列与等比数列的复合。
an=n(-1)^(n+1)
求和公式
系数数列为
l为{1;1/2;1/12;0;-1/720;0;……}其除第二项的所有偶数项皆为0,证明略.
例如m等于2 求和公式
通项式为多项式的数列求和公式
通项式为多项式的数列求和公式为其中各项求和公式简单的
线性组合。不做赘述。
数列求和极限
常用方法有: