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一般的,数列求和应从通项入手,若无通项,先求通项,然后通过对通项变形,转化为与特殊数列有关或具备某种方法适用特点的形式,从而选择合适的方法求和。下面谈谈数列求和的几种常用方法。
一、分组转化法求和
有一类数列,既不是等差数列,也不是等比数列。若将其每一项拆开,可分为几个等差、等比或常数列,然后分别求和,再将其合并即可。像这样的数列求和方法称为分组求和法,运用这种方法的关键是将通项变形。
例1.已知数列1,1+3,1+3+32,…,1+3+32+…+3n,…,该数列的前Sn项和______。
思路点拨:由题设可知,该数列的通项公式为:
an=1+3+32+…+3n= = (3n-1),而数列{3n}是等比数列,{1}是常数列,于是可将该数列的每一项拆开再重新组合,从而转化为等比和常数列求和。
精解详析:由题设可知,该数列的通项公式为:
an=1+3+32+…+3n= = (3n-1),则
Sn= (3-1)+ (32-1)+ (33-1)+…+ (3n-1)
= [(3+32+33+……+3n)-(1+1+1+…+1)]
= [ -n]
=
二、裂项相消法求和
对于裂项后明显有能够相消的项的一类数列,在求和时常用“裂项相消法”。用裂项法的关键是分析数列的通项,考察是否能分解成两项的差,这两项一定要是同一数列相邻的两项,即这两项的结论应一致。
例2.数列{an}: , + , + + , + + + ,…,那么数列{bn}={ }前n项和为:______。
思路点拨:由已知条件可求得an,由an简化得bn,从而考察数列bn的特征,进而运用裂项相消法求得数列{bn}的前n项和。
精解详析:
∵an= = =
∴bn= = =4( - )
∴Sn=4(1- + - + - +…+ - )
=4(1- )
例3.数列{an}的通项公式是an= 。若前n项和为8,则项数n=______。
思路点拨:已知了数列{an}的通项公式,则可先观察该数列通项公式的特征,对其进行变形化简,再求和,从何求出项数n。
精解详析:
∵an= = n+1- n
∴Sn=a1+a2+…+an
=( 2-1)+( 3- 2)+…+( n+1- n)
= n+1-1
令 n+1-1=8n=80。
三、错位相减法求和
如果数列{an}是等差数列,{bn}是等比数列,求数列{an·bn}的前n项和时,一般是在和式的两边同乘以等比数列{bn}的公比,然后作差求解,这样的方法称之为错位相减法。
例4.(2010山东高考)设数列{an}满足a1+3a2+32a3+…+3n-1an= (n∈N+)。
(1)求数列{an}的通项公式。
(2)设bn= ,求数列{bn}的前n项和Sn。
思路点拨:
(1)将已知等式中的n换为n-1,得另一等式,两式相减即得an。
(2)利用通项公式an,先简化bn,考虑运用错位相减法求Sn。
精解详析:
(1)∵a1+3a2+32a3+…+3n-1an= ……①
∴a1+3a2+32a3+…+3n-2an-1= (n≥2)……②
∴①-②,得3n-1an=
∴an=
在①中,n=1a1=
∴an= (n∈N+)
(2)∵bn= ,∴bn=n·3n
∴Sn=3+2·32+3·33+…+n·3n……③
∴3Sn=32+2·33+3·34+…+(n-1)·3n+n·3n+1……④
由④-③,得2Sn=n·3n+1-(3+32+33+…+3n)
∴2Sn=n3n+1-
∴Sn= + (n∈N+)
一、分组转化法求和
有一类数列,既不是等差数列,也不是等比数列。若将其每一项拆开,可分为几个等差、等比或常数列,然后分别求和,再将其合并即可。像这样的数列求和方法称为分组求和法,运用这种方法的关键是将通项变形。
例1.已知数列1,1+3,1+3+32,…,1+3+32+…+3n,…,该数列的前Sn项和______。
思路点拨:由题设可知,该数列的通项公式为:
an=1+3+32+…+3n= = (3n-1),而数列{3n}是等比数列,{1}是常数列,于是可将该数列的每一项拆开再重新组合,从而转化为等比和常数列求和。
精解详析:由题设可知,该数列的通项公式为:
an=1+3+32+…+3n= = (3n-1),则
Sn= (3-1)+ (32-1)+ (33-1)+…+ (3n-1)
= [(3+32+33+……+3n)-(1+1+1+…+1)]
= [ -n]
=
二、裂项相消法求和
对于裂项后明显有能够相消的项的一类数列,在求和时常用“裂项相消法”。用裂项法的关键是分析数列的通项,考察是否能分解成两项的差,这两项一定要是同一数列相邻的两项,即这两项的结论应一致。
例2.数列{an}: , + , + + , + + + ,…,那么数列{bn}={ }前n项和为:______。
思路点拨:由已知条件可求得an,由an简化得bn,从而考察数列bn的特征,进而运用裂项相消法求得数列{bn}的前n项和。
精解详析:
∵an= = =
∴bn= = =4( - )
∴Sn=4(1- + - + - +…+ - )
=4(1- )
例3.数列{an}的通项公式是an= 。若前n项和为8,则项数n=______。
思路点拨:已知了数列{an}的通项公式,则可先观察该数列通项公式的特征,对其进行变形化简,再求和,从何求出项数n。
精解详析:
∵an= = n+1- n
∴Sn=a1+a2+…+an
=( 2-1)+( 3- 2)+…+( n+1- n)
= n+1-1
令 n+1-1=8n=80。
三、错位相减法求和
如果数列{an}是等差数列,{bn}是等比数列,求数列{an·bn}的前n项和时,一般是在和式的两边同乘以等比数列{bn}的公比,然后作差求解,这样的方法称之为错位相减法。
例4.(2010山东高考)设数列{an}满足a1+3a2+32a3+…+3n-1an= (n∈N+)。
(1)求数列{an}的通项公式。
(2)设bn= ,求数列{bn}的前n项和Sn。
思路点拨:
(1)将已知等式中的n换为n-1,得另一等式,两式相减即得an。
(2)利用通项公式an,先简化bn,考虑运用错位相减法求Sn。
精解详析:
(1)∵a1+3a2+32a3+…+3n-1an= ……①
∴a1+3a2+32a3+…+3n-2an-1= (n≥2)……②
∴①-②,得3n-1an=
∴an=
在①中,n=1a1=
∴an= (n∈N+)
(2)∵bn= ,∴bn=n·3n
∴Sn=3+2·32+3·33+…+n·3n……③
∴3Sn=32+2·33+3·34+…+(n-1)·3n+n·3n+1……④
由④-③,得2Sn=n·3n+1-(3+32+33+…+3n)
∴2Sn=n3n+1-
∴Sn= + (n∈N+)