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等比数列前n项和公式是什么

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2025-07-23 06:06:06

等比数列前n项和公式是什么】在数学中,等比数列是一个重要的数列类型,其特点是每一项与前一项的比值是一个常数,称为公比。对于等比数列,我们常常需要计算其前n项的和。以下是关于等比数列前n项和公式的详细总结。

一、等比数列的基本概念

- 定义:如果一个数列从第二项起,每一项与前一项的比值都是同一个常数,那么这个数列叫做等比数列。

- 通项公式:设首项为 $ a $,公比为 $ r $,则第 $ n $ 项为:

$$

a_n = a \cdot r^{n-1}

$$

二、等比数列前n项和公式

等比数列前n项和的公式根据公比 $ r $ 的不同而有所区别:

公比 $ r $ 公式 说明
$ r \neq 1 $ $ S_n = a \cdot \frac{1 - r^n}{1 - r} $ 或 $ S_n = a \cdot \frac{r^n - 1}{r - 1} $ 当公比不等于1时使用此公式
$ r = 1 $ $ S_n = a \cdot n $ 当公比为1时,所有项都相等,直接乘以项数即可

三、公式推导简要说明

等比数列前n项和的推导基于错位相减法。假设:

$$

S_n = a + ar + ar^2 + \cdots + ar^{n-1}

$$

两边同时乘以公比 $ r $:

$$

rS_n = ar + ar^2 + ar^3 + \cdots + ar^n

$$

将两式相减:

$$

S_n - rS_n = a - ar^n

$$

即:

$$

S_n(1 - r) = a(1 - r^n)

$$

因此:

$$

S_n = a \cdot \frac{1 - r^n}{1 - r} \quad (r \neq 1)

$$

当 $ r = 1 $ 时,所有项均为 $ a $,所以总和为 $ a \cdot n $。

四、示例说明

项目 数值
首项 $ a $ 2
公比 $ r $ 3
项数 $ n $ 4
前4项和 $ S_4 $ $ 2 + 6 + 18 + 54 = 80 $
公式计算 $ S_4 = 2 \cdot \frac{3^4 - 1}{3 - 1} = 2 \cdot \frac{81 - 1}{2} = 2 \cdot 40 = 80 $

五、总结

等比数列前n项和的公式是学习数列的重要内容之一,掌握其公式和适用条件有助于解决实际问题。通过表格形式可以清晰地看到不同情况下的计算方式,便于理解和应用。

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