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找出规律,数列前n项和的公式就再不会记错了

中学数学课学习的数列知识,需要我们牢记好多公式。 常用有这么多数列,如果规律不明显,前n项和公式记起来就麻烦了,怎么样才能轻松记牢呢? 别着急,我找到规律,大家一起看看吧
工具/原料
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1+ 2+ 3+ 4 +……+ n = n(n+1)/2

2+ 4+ 6+ 8 +……+ 2n = n(n+1)

1+ 3+ 5+ 7 +……+ 2n-1 = n'

等差数列,规律明显,我们都用不着记

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1+ 4+ 9+ 16 +……+ n'

1'+ 3'+ 5'+ 7' +……+ (2n-1)'

1+ 8+ 27+ 64 +……+ n^3

1 + 27 + 125 +……+ (2n-1)^3

数列通项有二次方、完全平方式,还有三次方,前n项和公式记得方便吗?

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1+ 3+ 6+ 10 +……+ n(n+1)/2

1X2 + 2X3 + 3X4 + 4X5 +……+ n(n+1)

1X2X3 + 2X3X4 + 3X4X5 + 4X5X6 +……+ n(n+1)(n+2)

数列通项是连续数字的乘积,前n项和又是什么呢?

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1/2 + 1/6 + 1/12 + 1/20 +……+ 1/n(n+1)

1/6+ 1/24 + 1/60 + 1/120 +……+ 1/n(n+1)(n+2)

数列通项变成连续数字乘积的倒数,找规律算前n项和,是不是更困难了呢?

找规律,先从等差数列看起
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为什么自然数列 1、2、3、4……通项为 n,前n项和就是 n(n+1)/2 呢? 找规律,让我们抛开等差数列,换个思路看看 1 = 1 X (1+1) / 2 = 1 X 2 / 2 1+ 2 = 3 = 2 X (2+1) / 2 = 2 X 3 / 2 1+ 2+ 3 = 6 = 3 X (3+1) / 2 = 3 X 4 / 2 1+ 2+ 3+ 4 = 10 = 4 X (4+1) / 2 = 4 X 5 / 2 看到 1X2 /2、2X3 /2、3X4 /2、4X5 /2,你有没有得到启发呢?

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我就觉得,这个 n(n+1)/2,并非梯形面积 (a+b) h / 2 那样,最大项加最小项的和,乘以项数以后,去掉重复除以2; 这个 n(n+1)/2,或许正是为了变成连续数字的乘积。 让我们取自然数列的前三项,看看吧 1+ 2+ 3 = 2 X (1+2+3) / 2 = [ 1X2 + 2X2 + 3X2 ] / 2 = [ 1X2 + 2X(3-1) + 3X(4-2) ] / 2 = [ 1X2 -1X2 +2X3 -2X3 +3X4 ] / 2 = 3 X 4 / 2 = 3 X (3+1) / 2

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这个自然数列,第一项是 1 ,变成连续数字的乘积就是 1X2 ,计算前 n 项的和,就要把整个数列乘以 2 和倒数 1/2 ,确保和不变;然后就可以把 2 变成不同两个数字的差,各个数项与它们相乘之后,变成一组组连续数字的乘积,前面各项相互抵消,最后就只剩下最大项变的 n(n+1)/2

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是这样吗?通项是连续两个数字乘积的数列,也取前三项试试看 1X2 + 2X3 + 3X4 = 3 X ( 1X2 + 2X3 + 3X4 ) / 3 = [ 1X2X3 + 2X3X(4-1) + 3X4X(5-2) ] / 3 = [ 1X2X3 - 1X2X3 + 2X3X4 - 2X3X4 + 3X4X5 ] / 3 = 3 X 4 X 5 / 3 = 3 X (3+1) X (3+2) / 3 没错,这个数列 2、6、12、20……通项 n(n+1),第一项是 1X2,计算前n项和就要变成 1X2X3,整个数列就要乘以 3 和 1/3,各个数项乘以 3 之后,就变成一组组相互抵消的连续数字乘积,最后只剩下最大项变的 n(n+1)(n+2)/3 显然,换成数列 1、3、6、10……通项为 n(n+1)/2,前n项和就是 n(n+1)(n+2)/6

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接下来,我们继续看看,通项是连续三个数字乘积的数列 1X2X3 + 2X3X4 + 3X4X5 = [ 1X2X3X4 + 2X3X4X(5-1) + 3X4X5X(6-2) ] / 4 = [ 1X2X3X4 - 1X2X3X4 + 2X3X4X5 - 2X3X4X5 + 3X4X5X6 ] / 4 = 3 X 4 X 5 X 6 / 4 = 3 X (3+1) X (3+2) X (3+3) / 4 同理,这个数列的通项是 n(n+1)(n+2),前n项和就是 n(n+1)(n+2)(n+3)/4

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看到这里,这个规律我们就更清楚了。 数列 1、2、3、4……通项是 n,前n项和就是 n(n+1)/2; 数列 2、6、12、20……通项是 n(n+1),前n项和就是 n(n+1)(n+2)/3 数列 6、24、60、120……通项是 n(n+1)(n+2),前n项和就是 n(n+1)(n+2)(n+3)/4

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还有通项是连续数字乘积倒数的数列,肯定也是大同小异吧 1/(1X2) + 1/(2X3) + 1/(3X4) = (2-1)/(1X2) + (3-2)/(2X3) + (4-3)/(3X4) = 1 -1/2 + 1/2 -1/3 + 1/3 -1/4 = 1 -1/4 = 3/4 连续三个数字乘积的倒数 1/(1X2X3) + 1/(2X3X4) + 1/(3X4X5) = (1/2) X [ (3-1)/(1X2X3) + (4-2)/(2X3X4) + (5-3)/(3X4X5) ] = (1/2) X [ 1/(1X2) -1/(2X3) + 1/(2X3) -1/(3X4) + 1/(3X4) -1/(4X5) ] = (1/2)[ 1/(1X2) -1/(4X5) ]

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哦!难怪如此 数列 1/2、1/6、1/12 ……通项是 1/n(n+1), 前n项和就是 n/(n+1); 数列 1/6、1/24、1/60 ……通项是 1/n(n+1)(n+2), 前n项和就是 (1/2)[ 1/(1X2) - 1/(n+1)(n+2) ]

发现规律,我们就自己推导前n项和公式
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自然数二次方,1、4、9、16、25……通项是 n' 这个数列 显然,1X2= 1'+1,2X3= 2'+2,n(n+1)= n'+n,我们就正好用那两个数列前n项和的公式相减,算出这个通项为 n' 的数列前n项和 n(n+1)(n+2)/3 - n(n+1)/2 = n(n+1)[2(n+2)/6 - 3/6] = n(n+1)[2n+4-3]/6 = n(n+1)(2n+1)/6 数列的通项是 n',前n项和就是 n(n+1)(2n+1)/6

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奇数的二次方 1、9、25、49、81……通项是 (2n-1)' 这个数列 还是先取前三项看看 1X1 + 3X3 + 5X5 = 1 + 3X(1+2) + 5X(2+3) = [ 1X2 + 3X(2+4) + 5X(4+6) ] / 2 = [ 1X2 + 2X3 + 3X4 + 4X5 + 5X6 ] / 2 = 5 X 6 X 7 / 6 这样就再次看到了,连续数字乘积的形式 = 2n (2n - 1) (2n + 1) / 6 = n (4n' - 1) / 3 数列的通项是 (2n-1)',前n项和就是 2n(2n+1)(2n-1)/6 = n(4n'-1)/3 看到了吗?通项是二次方的数列,前n项和的式子中都有因式 n(2n+1),记住他们这个共同特征,数列前n项和的公式,我们就不会记错了。

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自然数三次方 1、8、27、64、125……通项是 n^3 这个数列 我们也用连续数字的乘积来试试, 要知道,一个数的三次方,变成连续数字的乘积就更方便了,看吧 5 X 5 X 5 = 5X( 5' - 1' + 1) = 5X(5 - 1)(5 + 1) + 5 X 1 = 4X5X6 + 5 数列我们就取前四项看看吧 1X1X1 + 2X2X2 + 3X3X3 + 4X4X4 = 1+ 2+ 3+ 4+ 1X2X3 + 2X3X4 + 3X4X5 = 4X5 /2 + [ 1X2X3X4 + 2X3X4X(5-1) + 3X4X5X(6-2) ] / 4 = 4X5X2 /4 + 3X4X5X6 /4 = 4X5 X ( 2 + 3X6 ) / 4 = 4X5 X ( 2 + 2X9 ) / 4 = 4X5 X (2X10) / 4 = (4X5/2)' = [ 4 X ( 4 + 1 ) / 2 ]' 数列的通项是 n^3,前n项和就是 [n(n+1)/2]' 其实 1 + 8 + 27 + 64 + 125 = 9 + 27 + 64 + 125 = 36 + 64 + 125 = 100 + 125 = 225 这个数列只要把前几项像这样耐心地加一遍,我们就会发现,1、9、36、100、225这几个前n项的和,也正好是 1、3、6、10、15……n(n+1)/2 的二次方。

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奇数的三次方 1、27、125……通项是 (2n-1)^3 这个数列 我们还是变成连续数字的乘积,取前四项看看 1X1X1 + 3X3X3 + 5X5X5 + 7X7X7 = 1+ 3+ 5+ 7 + 2X3X4 + 4X5X6 + 6X7X8 = 4X4 + 2X1X3X2X2 + 2X2X5X3X2 + 2X3X7X4X2 = 4X4 + 4X1X2X3 + 4X2X3X5 + 4X3X4X(5+2) = 4X4 + 1X2X3X4 + 2X3X4X5 + 2X3X4X4 + 3X4X5X4 = 4X4 + 1X2X3X4 + 2X3X4X(5-1) + 2X3X4X5 + 3X4X5X(6-2) = 4X4 + 2X3X4X5 + 3X4X5X6 = 4X4 + 3X4X5X8 = n' + [ 2n (n-1) n (n+1) ] = n' + [ 2n'(n' - 1) ] = n' + 2(n^4) - 2n' = 2(n^4) - n' = n'(2n' - 1) 数列的通项是 (2n-1)^3,前n项和就是 n'(2n'-1)

总结经验,学会学习
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经过一番探索,这些数列的前n项和公式,我们都自己推导出来,找出规律了,印象一定也加深了不少。假如我们今后一时想不起公式,就可以根据这个规律,自己重新把公式推导出来。如今我们也得到了思路,知道公式是怎么得来的,这样也再不会记错了。

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通项是连续数字乘积的数列,前n项和都是把最后一项变形,继续乘以下一个数字,最后一项总共变成多少数字相乘,最终就要除以多少。

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正如 1X2X3 + 2X3X4 + 3X4X5 +……+ n(n+1)(n+2)= n(n+1)(n+2)(n+3)/4,数列通项是 n(n+1)(n+2),前n项和就把通项乘以(n+3),然后除以4

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利用连续数字的乘积,变形得到数列通项的最高次项,然后把多项式变得等于原来的通项式,就可以利用已知的数列公式,组合算出这个数列的前n项和公式了。 这种通项是连续数字乘积的数列,帮助我们把这些幂函数的数列公式都记住了。我们学习知识就要多多开动脑筋,积极探索,总结经验,把一个个知识点挂钩串联起来,得到一条思路,这样才学得牢固。 一个个知识点也正如一个个果实,肯定要“顺藤摸瓜”才回忆得方便轻松;假如一个个知识点在脑子里面“一盘散沙”,我们需要时找不到,想不起来,这样和不知道又有什么差别呢?

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