錯位相減法是一種重要的數(shù)列求和方法.若數(shù)列[an]為等比數(shù)列、數(shù)列[bn]為等差數(shù)列,則數(shù)列[anbn]較為復(fù)雜,很難采用常規(guī)方法進(jìn)行求和,往往需靈活運(yùn)用錯位相減法來求數(shù)列的前n項(xiàng)和.
設(shè)數(shù)列[an]是首項(xiàng)為[a1]、公差為[d]的等差數(shù)列,數(shù)列[bn]是首項(xiàng)為[b1],公比為[q(q≠1)]的等比數(shù)列.運(yùn)用錯位相減法求數(shù)列[anbn]的前[n]項(xiàng)和[Sn]的步驟為:
(1)列出數(shù)列的前[n]項(xiàng)和[Sn=a1b1+a2b2+a3b3+…+anbn]①;
(2)在①式的兩邊同時乘以數(shù)列[bn]的公比[q],得:[qSn=a1?qb1+a2?qb2+a3?qb3+…+an?qbn],由[qbk=bk+1]得:[qSn=a1b2+a2b3+…+an-1bn+anbn+1]②;
(3)將①②兩式錯開一位,使指數(shù)相同的項(xiàng)對齊并相減,得:
[(1-q)Sn=a1b1+a2b2+a3b3+…+anbn-(a1b2+a2b3+…+an-1bn+anbn+1)=a1b1+(a2-a1)b2+(a3-a2)b3+…+(an-an-1)bn-anbn+1];
(4)因?yàn)閿?shù)列[an]是公差為[d]的等差數(shù)列,故[ak-ak-1=d],可得:
[1-qSn=a1b1+db2+db3+…+dbn-anbn+1]
[=a1b1+db2+b3+b4+…+bn-anbn+1]
[=a1b1+db1q+b1q2+b1q3+…+b1qn-1-anbn+1];
(5)由等比數(shù)列的前n項(xiàng)和公式可得:
運(yùn)用錯位相減法求和的運(yùn)算量較大,且運(yùn)算過程較為繁瑣,同學(xué)們在計算時需謹(jǐn)慎.
例題:設(shè)數(shù)列[an]的前[n]項(xiàng)和為[Sn],且[a1=1,an+1=2Sn+1].
(1)求數(shù)列[an]的通項(xiàng)公式;
(2)設(shè)[cn=(2n-1)?an],求數(shù)列[cn]的前[n]項(xiàng)和[Tn].
解:(1)因?yàn)閿?shù)列[an]的前[n]項(xiàng)和為[Sn],
由[an+1=2Sn+1]可得[an=2Sn-1+1n≥2],
將上述兩式相減得[an+1-an=2Sn+1-2Sn-1+1=2an],
整理得[an+1=3ann≥2].
當(dāng)[n=1]時,由[an+1=2Sn+1]可得[a2=2S1+1=2a1+1=3=3a1],
所以[an+1=3ann≥1],
所以數(shù)列[an]是以1為首項(xiàng),3為公比的等比數(shù)列,
所以數(shù)列[an]的通項(xiàng)公式為[an=3n-1].
(2)由(1)可知[cn=(2n-1)?an=(2n-1)?3n-1],
所以[Tn=1×30+3×3+…+(2n-1)×3n-1]①,
可得[3Tn=1×3+3×32+…+(2n-3)×3n-1+(2n-1)×3n]②,
將①式-②式,得:
可見,運(yùn)用錯位相減法求數(shù)列的前n項(xiàng)和,關(guān)鍵在于將[Sn]與[qSn]的表達(dá)式作差,以便根據(jù)等差數(shù)列的性質(zhì):[ak-ak-1=d],以及等比數(shù)列的前n項(xiàng)公式來求和.同學(xué)們在求解復(fù)雜的數(shù)列求和問題時,要學(xué)會運(yùn)用轉(zhuǎn)化思想,將問題轉(zhuǎn)化為常規(guī)數(shù)列問題,以直接運(yùn)用等差和等比數(shù)列的性質(zhì)、通項(xiàng)公式、前n項(xiàng)和公式來求得問題的答案.