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等比数列求和公式的推导

等比数列的求和公式为:

\[ S_n = \frac{a_1(1 - q^n)}{1 - q} \]

其中:

\( S_n \) 是前 \( n \) 项的和,

\( a_1 \) 是首项,

\( q \) 是公比,且 \( q

eq 1 \)。

这个公式适用于公比 \( q \) 不等于 1 的情况。如果公比 \( q = 1 \),则等比数列中每项都相等,其和为:

\[ S_n = n \times a_1 \]

推导过程:

等比数列的前 \( n \) 项和

\[ S_n = a_1 + a_1q + a_1q^2 + \cdots + a_1q^{n-1} \]

乘以公比 \( q \)

\[ qS_n = a_1q + a_1q^2 + a_1q^3 + \cdots + a_1q^n \]

相减

\[ qS_n - S_n = (a_1q + a_1q^2 + a_1q^3 + \cdots + a_1q^n) - (a_1 + a_1q + a_1q^2 + \cdots + a_1q^{n-1}) \]

\[ (q - 1)S_n = a_1q^n - a_1 \]

解出 \( S_n \)

\[ S_n = \frac{a_1(1 - q^n)}{1 - q} \]

应用场景:

求和:使用上述公式可以直接计算等比数列的前 \( n \) 项和。

求差:等比数列的差分可以通过类似的方法求得,即 \( D_n = a_1q^{n-1} \)。

通项公式:通过已知的首项和公比,可以使用公式 \( a_n = a_1q^{n-1} \) 找到数列中任意一项。

注意事项:

在使用求和公式时,确保公比 \( q

eq 1 \),否则公式不适用。

当 \( q = 1 \) 时,数列退化为等差数列,求和公式简化为 \( S_n = n \times a_1 \)。

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