題型一 分組轉(zhuǎn)化法求和
例1 等比數(shù)列{an}中,a1,a2,a3分別是下表第一、二、三行中的某一個數(shù),且a1,a2,a3中的任何兩個數(shù)不在下表的同一列.
第一列 第二列 第三列 第一行 3 2 10 第二行 6 4 14 第三行 9 8 18 (1)求數(shù)列{an}的通項公式;
(2)若數(shù)列{bn}滿足:bn=an+(-1)nln an,求數(shù)列{bn}的前n項和Sn.
破題切入點 (1)可以通過逐個驗證來確定數(shù)列的前三項,進而求得an;
(2)可以分組求和:將{bn}前n項和轉(zhuǎn)化為數(shù)列{an}和數(shù)列{(-1)nln an}前n項的和.
解 (1)當a1=3時,不合題意;
當a1=2時,當且僅當a2=6,a3=18時,符合題意;
當a1=10時,不合題意.
因此a1=2,a2=6,a3=18.所以公比q=3.
故an=2·3n-1 (n∈N*).
(2)因為bn=an+(-1)nln an
=2·3n-1+(-1)nln(2·3n-1)
=2·3n-1+(-1)n[ln 2+(n-1)ln 3]
=2·3n-1+(-1)n(ln 2-ln 3)+(-1)nnln 3,
所以Sn=2(1+3+…+3n-1)+[-1+1-1+…+(-1)n]·(ln 2-ln 3)+[-1+2-3+…+(-1)nn]ln 3.
所以當n為偶數(shù)時,Sn=2×+ln 3
=3n+ln 3-1;
當n為奇數(shù)時,
Sn=2×-(ln 2-ln 3)+ln 3
=3n-ln 3-ln 2-1.
綜上所述,Sn=
題型二 錯位相減法求和
例2 已知:數(shù)列{an}的前n項和為Sn,且滿足Sn=2an-n(n∈N*).
(1)求a1,a2的值;
(2)求數(shù)列{an}的通項公式;
(3)若數(shù)列{bn}的前n項和為Tn,且滿足bn=nan(n∈N*),求數(shù)列{bn}的前n項和Tn.
破題切入點 (1)代入求解即可.
(2)由Sn=2an-n得Sn-1=2an-1-(n-1),n≥2,兩式相減構(gòu)造數(shù)列求通項公式.
(3)錯位相減求和.
解 (1)Sn=2an-n.
令n=1,解得a1=1;
令n=2,解得a2=3.
(2)Sn=2an-n,
所以Sn-1=2an-1-(n-1)(n≥2,n∈N*),
兩式相減得an=2an-1+1,
所以an+1=2(an-1+1)(n≥2,n∈N*),
又因為a1+1=2,
所以數(shù)列{an+1}是首項為2,公比為2的等比數(shù)列.
所以an+1=2n,即通項公式an=2n-1(n∈N*).
(3)bn=nan,所以bn=n(2n-1)=n·2n-n,
所以Tn=(1·21-1)+(2·22-2)+(3·23-3)+…+(n·2n-n),
Tn=(1·21+2·22+3·23+…+n·2n)-(1+2+3+…+n).
令Sn=1·21+2·22+3·23+…+n·2n,①
2Sn=1·22+2·23+3·24+…+n·2n+1,②
、-②,得-Sn=21+22+23+…+2n-n·2n+1,
-Sn=-n·2n+1,
Sn=2(1-2n)+n·2n+1=2+(n-1)·2n+1,
所以Tn=2+(n-1)·2n+1-(n∈N*).
題型三 倒序相加法求和
例3 已知函數(shù)f(x)=(x∈R).
(1)證明:f(x)+f(1-x)=;
(2)若數(shù)列{an}的通項公式為an=f()(m∈N*,n=1,2,…,m),求數(shù)列{an}的前m項和Sm;
(3)設數(shù)列{bn}滿足b1=,bn+1=b+bn,Tn=++…+,若(2)中的Sm滿足對不小于2的任意正整數(shù)m,Sm0,
則==-,
即=-,
所以Tn=(-)+(-)+…+(-)
=-=3-.
因為bn+1-bn=b>0,
所以bn+1>bn,
即數(shù)列{bn}是單調(diào)遞增數(shù)列.
所以Tn關(guān)于n遞增,所以當n∈N*時,Tn≥T1.
因為b1=,b2=()2+=,
所以Tn≥T1=3-=.
由題意,知Sm<,即-<,解得m<,
所以正整數(shù)m的最大值為3.
題型四 裂項相消法求和
例4 在公差不為0的等差數(shù)列{an}中,a1,a4,a8成等比數(shù)列.
(1)已知數(shù)列{an}的前10項和為45,求數(shù)列{an}的通項公式;
(2)若bn=,且數(shù)列{bn}的前n項和為Tn,若Tn=-,求數(shù)列{an}的公差.
破題切入點 (1)列方程組(兩個條件)確定an.
(2)可以采用裂項相消法求得含有公差的表達式,再和已知Tn=-對比求得公差.
解 設數(shù)列{an}的公差為d,
由a1,a4,a8成等比數(shù)列可得
a=a1·a8,即(a1+3d)2=a1(a1+7d),
∴a+6a1d+9d2=a+7a1d,而d≠0,∴a1=9d.
(1)由數(shù)列{an}的前10項和為45可得
S10=10a1+d=45,
即90d+45d=45,故d=,a1=3,
故數(shù)列{an}的通項公式為an=3+(n-1)·
=(n+8).
(2)bn==,
則數(shù)列{bn}的前n項和為
Tn=[++…+]
=
=
=
=-.
所以=1,d=±1.
故數(shù)列{an}的公差d=1或-1.
總結(jié)提高 數(shù)列求和的主要方法有:
(1)分組求和法:一個數(shù)列既不是等差數(shù)列也不是等比數(shù)列,若將這個數(shù)列適當拆開,重新組合,就會變成幾個可以求和的部分,即能分別求和,然后再合并,或?qū)ψ帜竛分類討論后再求和.
(2)錯位相減法:這是推導等比數(shù)列的前n項和公式時所用的方法,主要用于求{an·bn}的前n項和,其中{an}和{bn}分別是等差數(shù)列和等比數(shù)列.
(3)倒序相加法: 這是推導等差數(shù)列前n項和時所用的方法,將一個數(shù)列倒過來排序,如果原數(shù)列相加時,若有公因式可提,并且剩余項的和易于求得,則這樣的數(shù)列可用倒序相加法求和.
(4)裂項相消法:把數(shù)列和式中的各項分別裂開后,消去一部分從而計算和的方法,適用于求通項為的前n項和,其中{an}若為等差數(shù)列,則=·(-).
其余還有公式法求和等.