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1.5 并项求和法

数列求和与递推数列 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 将数列相邻两项合并为一组,利用等比数列性质将原数列转化为新等比数列求和的方法。

从哪来 基于 2.2 等比数列的通项公式 和 2.4 等比数列的前n项和,结合 4.3 求和的方法 中的分组思想,利用 3.2 $S_n$与$a_n$的关系 验证分组后的结构。

为什么 当数列通项公式呈现 $a_n = A \cdot q^{2n-1}$ 或类似奇偶项分离形式时,直接套用等比求和公式困难。通过“并项”,将 $a_{2k-1} + a_{2k}$ 合并,利用指数运算律 $q^{2k-1} \cdot q = q^{2k}$,使新数列 $\{b_k\}$ 成为公比为 $q^2$ 的等比数列,从而回归到 2.4 等比数列的前n项和 的基本模型。

讲法
适合:逻辑抽象能力强、喜欢代数推导的学生 从通项公式出发,设 $a_n = c \cdot q^n$。 1. 写出前 $2m$ 项和:$S_{2m} = a_1 + a_2 + \dots + a_{2m}$。 2. 两两分组:$(a_1+a_2) + (a_3+a_4) + \dots + (a_{2m-1}+a_{2m})$。 3. 计算每组和:$a_{2k-1} + a_{2k} = c q^{2k-1} + c q^{2k} = c q^{2k-1}(1+q)$。 4. 观察新数列 $\{b_k\}$,其中 $b_k = c q^{2k-1}(1+q)$。 5. 验证 $b_{k+1}/b_k = q^2$,确认其为等比数列。 6. 直接对 $\{b_k\}$ 使用 2.4 等比数列的前n项和 公式。
讲法
适合:形象思维好、喜欢模式识别的学生 使用“配对消元”视觉化模型。 1. 在纸上写出数列前几项:$a_1, a_2, a_3, a_4, a_5, a_6 \dots$ 2. 用括号将相邻两项圈起来:$(a_1, a_2), (a_3, a_4), (a_5, a_6) \dots$ 3. 强调:这不是简单的加法,而是“打包”。每个包里的数都满足等比关系。 4. 计算第一个包的“包值” $B_1 = a_1+a_2$。 5. 计算第二个包的“包值” $B_2 = a_3+a_4$。 6. 引导学生发现 $B_2 = B_1 \cdot q^2$。 7. 结论:原来的长数列变成了由“包值”组成的新短数列,公比变大了,项数减半了。
适合:基础薄弱、需要具体步骤指引的学生** 采用“固定模板法”。 1. **判断
看通项 $a_n$ 是否包含 $q^{2n}$ 或 $q^{2n-1}$ 等偶次幂特征,或题目明确要求“并项”。 2. 分组:确定分组方式,通常是 $(a_1+a_2), (a_3+a_4) \dots$。 3. 求首项:计算新数列首项 $b_1 = a_1 + a_2$。 4. 求公比:计算新数列公比 $Q = \frac{a_3+a_4}{a_1+a_2}$,通常等于原公比 $q$ 的平方。 5. 定项数:原数列有 $n$ 项,新数列有 $n/2$ 项(若 $n$ 为偶数)。 6. 套公式:使用 2.4 等比数列的前n项和 公式 $S = \frac{b_1(1-Q^m)}{1-Q}$,其中 $m=n/2$。
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练一道
基础题
已知等比数列 $\{a_n\}$ 的公比 $q=2$,首项 $a_1=1$,求前 4 项和 $S_4$。
变式
已知等比数列 $\{a_n\}$ 的公比 $q=3$,首项 $a_1=2$,求前 6 项和 $S_6$。
试试手自己判
检测题
等比数列 $\{a_n\}$ 中,$a_1=1, q=2$,求 $S_4$。
看答案和判分标准
答案:15
判对标准:
- 学生能正确写出并项分组:$(1+2)+(4+8)$。
- 能识别新数列首项为 3,公比为 4,项数为 2。
- 正确应用 2.4 等比数列的前n项和 公式计算得出 15。
- 若仅用原公式直接计算 $1+2+4+8=15$ 而未体现“并项”过程,视为未掌握本知识点,判错。
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