高中数学数列求和的常见方法

数列求和的常见方法

数列问题中蕴涵着丰富的数学思想方法，是高考用来考查考生对数学思想方法理解程度的良好素材，是历年高考的一大热点，在高考命题中，多以与不等式的证明或求解相结合的形式出现，一般数列的求和，主要是将其转化为等差数列或等比数列的求和问题，因此，我们有必要对数列求和的各种方法进行系统探讨。

一 、公式求和法

通过分析判断并证明一个数列是等差数列或等比数列后，可直接利用等差、等比数列的求和公式求和，或者利用前n 个正整数和的计算公式等直接求和。因此有必要熟练掌握一些常见的数列的前n 项和公式.

正整数和公式有：

()();2

13211+=++++n n n ()()();6

121212222++=+++n n n n

()().212132

3

3

3

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡+=+++n n n

例1 设S n ＝1+2+3+…+n ，n ∈N *,求1

)32()(++=

n n

S n S n f 的最大值.

解：由等差数列求和公式得 )1(21+=

n n S n ， )2)(1(2

1

++=n n S n （利用常用公式） ∴ 1)32()(++=

n n S n S n f ＝64

342++n n n

＝

n

n 64

341+

+＝

50

)8(12+-

n

n 50

1≤

∴ 当 8

8-

n ，即n ＝8时，501)(max =n f

【能力提升】公式法主要适用于等差、等比数列或可转化为等差、等比数列的数列的求和，一些综合性的数列求和的解答题最后往往就归结为一个等差数列或等比数列的求和问题.

二、分组求和法

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.形如：

①{}n n b a +,其中{}{}⎩⎨⎧是等比数列；是等差数列；n

n b a ②()()⎩⎨⎧∈=-==*

N k k n n g k n n f a n ,2,,12, 例2 已知数列{}n a 的通项公式为,132-+=n a n n 求数列{}n a 的前n 项和.

分析：该数列的通项是由一个等比数列{}n 2与一个等差数列{}13-n 组成的，所以可将其转化为一个等比数列与一个等差数列进行分组求和. 【解析】()()()132********-+++++=++=n a a a S n n n

=()()[].13522222

1

-++++++n n

=()

()[]2

13221212-++--n n n

=.22

1

23221-+++n n n

【能力提升】在求和时，一定要认真观察数列的通项公式，如果它能拆分成几项的和，而这些项分别构成等差数列或等比数列，那么我们就可以用此方法求和.

三、错位相减法

如果一个数列的各项是由一个等差数列和一个等比数列的对应项之积构成的，那么这个数列的前n 项和即可用此法来求和. 例3.设数列{}n a 满足21112,32n n n a a a -+=-= （1） 求数列{}n a 的通项公式； （2） 令n n b na =，求数列的前n 项和n S 解：（Ⅰ）由已知，当n ≥1时，

111211[()()()]n n n n n a a a a a a a a ++-=-+-+

+-+

21233(222)2n n --=++

++

2(1)12n +-=。

而 12,a =所以数列{n a }的通项公式为212n n a -=。

（Ⅱ）由212n n n b na n -==⋅知

35211222322n n S n -=⋅+⋅+⋅+

+⋅ ①

从而

23572121222322n n S n +⋅=⋅+⋅+⋅++⋅ ②

①-②得

2352121(12)22222n n n S n -+-⋅=+++

+-⋅ 。 即 211

[(31)22]9

n n S n +=-+

点评：本题主要考察由递推关系求数列通项的方法以及运用错位相减法求数列的和。熟练数列的基础知识是解答好本类题目的关键。

【能力提升】错位相减法适用于数列{}n n b a ，其中{}n a 是等差数列，{}n b 是等比数列.若等比数列{}n b 中公比q 未知，则需要对公比q 分11≠=q q 和两种情况进行分类讨论.

四、倒序相加法

如果一个数列{}n a ，与首末两端等“距离”的两项的和相等或等于同一个常数，那么求这个数列的前n 项和即可用倒序相加法.

例4求证：n n

n n n n

n C n C C C 2)1()12(53210+=++⋅⋅⋅+++ 证明： 设n

n n n n n C n C C C S )12(53210++⋅⋅⋅+++=………………………….. ①

把①式右边倒转过来得

113)12()12(n n n n n n n C C C n C n S ++⋅⋅⋅+-++=-

（反序）

又由m

n n m n C C -=可得

n

n n n n n n C C C n C n S ++⋅⋅⋅+-++=-1103)12()12(…………..……..

②

①+②得 n n

n n n n n

n n C C C C n S 2)1(2))(22(2110⋅+=++⋅⋅⋅+++=-