數(shù)列求和問題的命題形式多種多樣,其解法也各不相同,常用的求和方法有公式法、倒序相加法、裂項相消法、錯位相減法、分組求和法、并項求和法等.下面主要介紹求數(shù)列和的三種方法.
一、倒序相加
當(dāng)題目中出現(xiàn)am+an-m=k(k為常數(shù)),f(am)+f(an-m)=c(c為常數(shù))的式子時,我們通常采用倒序相加法來求數(shù)列的和.如果這類問題中數(shù)列的首末兩項之和為定值,且與首末兩項等距的兩項之和也為定值,即可將數(shù)列的正序和式與倒序和式中的對應(yīng)項相加,便可快速求得數(shù)列的和.
例1.已知fx=2(3)x(x)--1(2)x≠2(1),求f 20119+f 201(2)9+???+f 2019(2018).
解:fx+f1-x=2(3)x(x)--1(2)+2(3)1(1)--x(x)--1(2)=3,設(shè)Sn=f 20119+f 201(2)9+???+f 2(2)0(0)1(1)9(7)+f 2019(2018),則Sn=f 2(2)0(0)1(1)9(8)+f 2(2)0(0)1(1)9(7)+???+f 201(2)9+f 20119,
將上述兩式相加,得:
2Sn=3+3+…+3+3=3×2018=6054,
得Sn=3027.
由題意可知 f (x) + f (1 - x) = 3 ,而 1 2019 + 2018 2019 = 1, 2 2019 + 2017 2019 = 1 ,……,于是將數(shù)列的正序和式與倒序和式中的對應(yīng)項相加,即可運用倒序相加法快速求得數(shù)列的和.
二、裂項相消
有時數(shù)列的通項可以拆分成相鄰兩項之差的形式,如 1 n(n + 1) = 1 n - 1 n + 1 、 1 n(n + k) = 1 k ? è ? ? 1 n - 1 n + k 、 1 (2n - 1)(2n + 1) = 1 2 ? è ? ? 1 2n - 1 - 1 2n + 1 ,就可以采用裂項相消法來求數(shù)列的和.在求和時中間的一些項可以相互抵消,簡化剩余的項即可達(dá)到求和的目的.
例2.若數(shù)列是以-1為首項,-為公差的等差數(shù)列.設(shè)bn=,求數(shù)列bn的前n項和bn.
解:
本題中數(shù)列{bn}的通項公式為 bn = 4n2 4n2 - 1 ,可將其變形為 bn = 1 + 1 2 ? è ? ? 1 2n - 1 - 1 2n + 1 ,這樣求和時中間的一些項就會抵消,用裂項相消法便可快速求得數(shù)列的和.
三、錯位相減
若an、bn分別是等差數(shù)列和等比數(shù)列,則通??刹捎缅e位相減法來求數(shù)列an?bn的前n項和.首先將數(shù)列的和式乘以等比數(shù)列的公比,然后將其中的各項與原數(shù)列和式中的各項錯開一位作差,再運用等比數(shù)列的前n項和公式進(jìn)行求和即可.
例3.已知數(shù)列bn的通項公式bn=,求數(shù)列bn的前n項和Sn.
解:
數(shù)列bn的通項公式bn=中的n可視為等差數(shù)列的通項公式,為等比數(shù)列的通項公式,本題可以采用錯位相減法求解.在數(shù)列和式的左右同時乘以等比數(shù)列的公比,即可得到Sn的表達(dá)式,然后將其與Sn的表達(dá)式作差即可.
可見,上述三種求數(shù)列和方法的特點、適用情形、解題思路等都不相同.同學(xué)們在解題時要對各種求和方法進(jìn)行研究、歸納,掌握并學(xué)會靈活運用這些求和方法,以便在解題時能根據(jù)題目中數(shù)列或通項公式的特點選擇與之相應(yīng)的方法.
(作者單位:西華師范大學(xué))