用公式法解数列求和问题

【高考地位】

数列是高中数学的重要内容,又是高中数学与高等数学的重要衔接点,其涉及的基础知识、数学思想与方法,在高等数学的学习中起着重要作用,因而成为历年高考久考不衰的热点题型,在历年的高考中都占有重要地位。数列求和的常用方法是我们在高中数学学习中必须掌握的基本方法,是高考的必考热点之一。此类问题中除了利用等差数列和等比数列求和公式外,大部分数列的求和都需要一定的技巧。下面,就近几年高考数学中的几个例子来谈谈数列求和的基本方法和技巧。

【方法点评】

方法一 公式法

解题步骤:

第一步 结合所求结论,寻找已知与未知的关系;

第二步 根据已知条件列方程求出未知量;

第三步 利用前n项和公式求和结果

【例】.\{a_n\}为等差数列,S_n为数列\{a_n\}的前n项和,已知S_7=7S_{15}=75T_n为数列\left\{\dfrac{S_n}{n} \right\}的前n项和,求T_n

【解析】

设等差数列\{a_n\}的首项未a_1,公差为d,则S_n=na_1+\dfrac{1}{2}n(n-1)d

\therefore \begin{cases}7a_1+21d=7\\15a_1+105d=75\end{cases},即\begin{cases}a_1+3d=1\\a1+7d=5\end{cases}

解得a_1=-2d=1

\therefore \dfrac{S_n}{n}=-2+\dfrac{1}{2}(n-1)=\dfrac{n}{2}-\dfrac{5}{2}

\dfrac{S_{n-1}}{n}-\dfrac{S_n}{n}=\left(\dfrac{n+1}{2}-\dfrac{5}{2} \right)-\left(\dfrac{n}{2}-\dfrac{5}{2}\right)=\dfrac{1}{2}

\therefore数列\left\{\dfrac{S_n}{n} \right\}是等差数列,其首项为-2,公差为\dfrac{1}{2}

\therefore T_n=2n+\dfrac{1}{2}\cdot n(n-1)\cdot\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{4}n^2-\dfrac{9}{4}n.

【评析】直接应用公式求和时,要注意公式的应用范围,如当等比数列公比为参数(字母)时,应对其公比是否为1进行讨论.常用的数列求和公式有:

等差数列前n项和公式:S_n=\dfrac{n(a_1+a_n)}{2}=na_1+\dfrac{n(n-1)}{2}d

等比数列前n项和公式:S_n=\begin{cases}na_1(q=1)\\ \dfrac{a_1(1-q^n)}{1-q}=\dfrac{a_1-a_n q}{1-q}\end{cases}(q\neq1)

自然数方幂和公式:

1+2+3+…+n=\dfrac{1}{2}n(n+1)

1^2+2^2+3^2+…+n^2=\dfrac{1}{6}n(n+1)(2n+1)

1^3+2^3+3^3+…+n^3=\left[\dfrac{1}{2}n(n+1)\right ]^2

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