数列求和的七种方法及其例题如下:
利用常用求和公式求和 等差数列求和公式:
$S_n = \frac{n(a_1 + a_n)}{2}$
等比数列求和公式:$S_n = a_1 \frac{1 - q^n}{1 - q}$ (其中 $q \neq 1$)
例题1:已知 $x = -1$,求 $\pi + \pi^2 + \pi^3 + \ldots + \pi^n + \ldots$ 的和。
使用等比数列求和公式得:$S_n = \frac{\pi(1 - (-1)^n)}{1 - (-1)}$
错位相减法求和 适用题型:
适用于通项公式为等差的一次函数乘以等比的数列形式。
例题3:求 $S_n = 1 + 3\pi + 5\pi^2 + 7\pi^3 + \ldots + (2n-1)\pi^{n-1}$ 的和。
设 $S_n = 1 + 3\pi + 5\pi^2 + 7\pi^3 + \ldots + (2n-1)\pi^{n-1}$ ①
将 $S_n$ 乘以 $\pi$ 得:$\pi S_n = 3\pi + 5\pi^2 + 7\pi^3 + \ldots + (2n-3)\pi^{n-1} + (2n-1)\pi^n$ ②
① - ② 得:$(1 - \pi)S_n = 1 + 2\pi + 2\pi^2 + 2\pi^3 + \ldots + 2\pi^{n-1} - (2n-1)\pi^n$
利用等比数列求和公式得:$(1 - \pi)S_n = \frac{1 - (2n-1)\pi^n}{1 - \pi}$
所以:$S_n = \frac{1 - (2n-1)\pi^n}{(1 - \pi)^2}$
倒序相加法求和 方法:
将一个数列倒过来排列(反序),再把它与原数列相加,得到 $n$ 个 $(a_1 + a_n)$。
例题6:求 $1 + 2 + 3 + \ldots + n$ 的和。
倒序得:$n + (n-1) + (n-2) + \ldots + 2 + 1$
原数列与倒序数列相加得:$2S_n = n(n+1)$
所以:$S_n = \frac{n(n+1)}{2}$
分组相加法求和 方法:
将数列拆分成几个等差或等比数列的和,然后分别求和。
例题7:求 $1^2 + 2^2 + 3^2 + \ldots + n^2$ 的和。
分组得:$S_n = (1^2 + 2^2 + \ldots + n^2) = (1 + 2 + \ldots + n)^2 - 2(1 + 2 + \ldots + n)$
利用等差数列求和公式得:$S_n = \left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2 - 2 \cdot \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}$
裂项消去法求和 方法:
将数列的通项拆分成一些可以相消的项。
例题9:求 $1 - \frac{1}{2} + \frac{1}{3} - \frac{1}{4} + \ldots + (-1)^{n-1}\frac{1}{n}$ 的和。
裂项得:$S_n = 1 - \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) - \left(\frac{1}{4} - \frac{1}{5}\right) - \ldots - \left(\frac{1}{n-