数列求和(裂项相消/错位相减)

函数与导数A 档L3近3年考频 4 次

常见题型:choice、fill、short

数列求和(裂项相消/错位相减) - 数列

考法聚焦

典型例题

例题 1

已知数列\{a_n\}满足a_n = $\frac{1}{n(n+2)}$,求数列\{a_n\}的前n项和S_n。

解答

解:由裂项公式,$\frac{1}{n(n+2)}$ = $\frac{1}{2}$\left($\frac{1}{n}$ - $\frac{1}{n+2}$\right)。
则S_n = $\frac{1}{2}$\left[(1-$\frac{1}{3}$) + ($\frac{1}{2}$-$\frac{1}{4}$) + ($\frac{1}{3}$-$\frac{1}{5}$) + \cdots + ($\frac{1}{n-1}$-$\frac{1}{n+1}$) + ($\frac{1}{n}$-$\frac{1}{n+2}$)\right]。
观察发现,中间项$\frac{1}{3}$, $\frac{1}{4}$, \cdots, $\frac{1}{n-1}$, $\frac{1}{n}$均被消去,仅剩首两项和末两项:
S_n = $\frac{1}{2}$\left(1 + $\frac{1}{2}$ - $\frac{1}{n+1}$ - $\frac{1}{n+2}$\right) = $\frac{1}{2}$\left($\frac{3}{2}$ - $\frac{1}{n+1}$ - $\frac{1}{n+2}$\right)。
化简得S_n = $\frac{3}{4}$ - $\frac{1}{2(n+1)}$ - $\frac{1}{2(n+2)}$。

要点:

  • 注意裂项时系数$\frac{1}{2}$的提取
  • 观察消去规律:首两项和末两项保留
  • 最终结果需化简为最简形式

例题 2

已知数列\{a_n\}的通项公式为a_n = (2n-1) \cdot 2^{n-1},求该数列的前n项和S_n。

解答

解:设S_n = 1\cdot2^0 + 3\cdot2^1 + 5\cdot2^2 + \cdots + (2n-1)\cdot2^{n-1}。
将等式两边乘以公比2得:2S_n = 1\cdot2^1 + 3\cdot2^2 + 5\cdot2^3 + \cdots + (2n-3)\cdot2^{n-1} + (2n-1)\cdot2^{n}。
两式相减得:S_n - 2S_n = 1\cdot2^0 + 2\cdot(2^1+2^2+\cdots+2^{n-1}) - (2n-1)\cdot2^{n}。
即-S_n = 1 + 2\cdot\frac{2(2^{n-1}-1)}{2-1} - (2n-1)\cdot2^{n} = 1 + 2\cdot(2^{n}-2) - (2n-1)\cdot2^{n} = 1 + 2^{n+1} - 4 - (2n-1)\cdot2^{n} = 2^{n+1} - (2n-1)\cdot2^{n} - 3。
所以S_n = (2n-1)\cdot2^{n} - 2^{n+1} + 3 = (2n-3)\cdot2^{n} + 3。

要点:

  • 正确写出S_n和qS_n的表达式,注意对齐项
  • 相减后中间项为等比数列求和,注意项数
  • 最终结果需化简合并同类项

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