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等比数列求和公式推导

2025-09-22 23:58:36

问题描述:

等比数列求和公式推导,有没有人理我啊?急死个人!

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2025-09-22 23:58:36

等比数列求和公式推导】在数学中,等比数列是一种常见的数列形式,其特点是每一项与前一项的比值是一个常数,称为公比。等比数列的求和公式是解决实际问题的重要工具,尤其在金融、物理、计算机科学等领域广泛应用。

一、等比数列的基本概念

等比数列的一般形式为:

$$

a, ar, ar^2, ar^3, \ldots, ar^{n-1}

$$

其中:

- $ a $ 是首项;

- $ r $ 是公比($ r \neq 1 $);

- $ n $ 是项数。

二、等比数列求和公式推导过程

设等比数列前 $ n $ 项的和为 $ S_n $,即:

$$

S_n = a + ar + ar^2 + \cdots + ar^{n-1}

$$

我们可以通过以下步骤进行推导:

1. 写出原式:

$$

S_n = a + ar + ar^2 + \cdots + ar^{n-1}

$$

2. 两边同时乘以公比 $ r $:

$$

rS_n = ar + ar^2 + ar^3 + \cdots + ar^n

$$

3. 用原式减去新式:

$$

S_n - rS_n = (a + ar + ar^2 + \cdots + ar^{n-1}) - (ar + ar^2 + \cdots + ar^n)

$$

4. 化简右边:

$$

S_n(1 - r) = a - ar^n

$$

5. 解出 $ S_n $:

$$

S_n = \frac{a(1 - r^n)}{1 - r} \quad (r \neq 1)

$$

当 $ r = 1 $ 时,所有项都等于 $ a $,因此:

$$

S_n = a \cdot n

$$

三、总结

下面是等比数列求和公式的总结表格:

项目 内容
数列形式 $ a, ar, ar^2, \ldots, ar^{n-1} $
首项 $ a $
公比 $ r $($ r \neq 1 $)
项数 $ n $
求和公式 $ S_n = \frac{a(1 - r^n)}{1 - r} $
当 $ r = 1 $ 时 $ S_n = a \cdot n $

四、应用举例

假设有一个等比数列,首项为 2,公比为 3,共有 5 项,那么其和为:

$$

S_5 = \frac{2(1 - 3^5)}{1 - 3} = \frac{2(1 - 243)}{-2} = \frac{2(-242)}{-2} = 242

$$

通过上述推导过程可以看出,等比数列的求和公式不仅具有理论价值,而且在实际计算中非常实用。理解其推导过程有助于更好地掌握数学思维和逻辑推理能力。

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