等差数列
等差数列:an+1−an=d(常数);通项 an=a1+(n−1)d;前 n 项和 Sn=2(a1+an)n=na1+2n(n−1)d。
适用前提与边界条件
- 已掌握数列的概念与通项
- 已熟悉代数求和公式
定义
等差数列:若数列 {an} 满足 an+1−an=d(常数)对任意 n∈N∗ 成立,则称 {an} 为等差数列,d 叫公差。
等差中项:若 a、b、c 成等差数列,则 b 叫 a、c 的等差中项,且
2b=a+c即b=2a+c
推导
通项公式:
an=a1+(n−1)d
推导:由 an−an−1=d 累加得 an=a1+(n−1)d。
前 n 项和公式:
Sn=2(a1+an)⋅n=na1+2n(n−1)d
推导:用倒序相加法。Sn=a1+a2+⋯+an 与 Sn=an+an−1+⋯+a1 相加得 2Sn=(a1+an)n。
等差数列的性质:
| 性质 | 表达 |
|---|
| 通项变形 | an=am+(n−m)d(m,n∈N∗) |
| 等距项和 | am+an=ap+aq 当 m+n=p+q |
| 子数列 | 下标成等差的子列仍等差,公差 d′=kd |
| Sn 公式 | Sn=An2+Bn(无常数项的二次函数) |
| S2k+1 中项 | S2k+1=(2k+1)⋅ak+1 |
典例精析
例 1:已知等差数列 {an} 中 a3=7、a7=19,求通项 an 与 S10。
由 a7−a3=4d=12,d=3,a1=a3−2d=7−6=1,故 an=1+(n−1)⋅3=3n−2。
S10=10×1+210×9×3=10+135=145。
例 2:三数成等差,和为 9,积为 15,求三数。
设三数为 a−d、a、a+d。
- 和:3a=9,a=3;
- 积:(3−d)⋅3⋅(3+d)=15,3(9−d2)=15,9−d2=5,d2=4,d=±2。
故三数为 1,3,5 或 5,3,1。
例 3:等差数列 {an} 前 n 项和为 Sn,已知 S4=10、S8=30,求 S12。
由 Sn=An2+Bn 知 S4=16A+4B=10、S8=64A+8B=30,相减得 48A+4B=20 即 12A+B=5,与 16A+4B=10 联立解得 A=165、B=45。
故 Sn=165n2+45n,S12=165×144+45×12=45+15=60。
或用等差数列性质:S4、S8−S4、S12−S8 成等差,S4=10、S8−S4=20,故 S12−S8=30,S12=60。
对比
| 项目 | 通项 an | 前 n 项和 Sn |
|---|
| 公式 | a1+(n−1)d | 2(a1+an)n 或 na1+2n(n−1)d |
| 形式 | n 的一次函数 | n 的二次函数(无常数项) |
| 已知条件 | a1、d | a1、an 或 a1、d |
正例与反例
✅ 正例
- 数列 3,5,7,9,… 是等差数列,d=2,an=2n+1
- 1,3,5,…,99 共 50 项,S50=2(1+99)×50=2500
❌ 反例
- 由 a2−a1=3 推出 {an} 是等差数列是错的,要验证任意 n 都有 an+1−an=3
- 等差中项 b=2a+c 写成 b=a+c 是错的
高频误解与考试易错
- !把通项公式 an=a1+(n−1)d 与求和公式 Sn=na1+2n(n−1)d 混淆
- !求等差中项时漏除以 2(应为 2b=a+c 即 b=2a+c)
- !等差数列判定仅看 an+1−an 为常数(必须对任意 n 成立,不能仅看前几项)
- !已知三数成等差设为 a−d,a,a+d 时漏设中项形式
背后的故事
有争议
高斯求和的传说:十岁的孩子与 1 加到 100
老师让全班算 1 加到 100,高斯立刻报出 5050。故事真假有争议,但它藏着等差数列求和的全部思路。
阅读完整故事 → 常见问题
等差数列的判定方法?
三种方法:(1) 定义法
an+1−an=d(常数);(2) 中项法
2an+1=an+an+2(任意
n);(3) 通项法
an=An+B(一次函数形式)。
等差数列前 n 项和公式的两种形式?
形式一:
Sn=2(a1+an)n(已知首末项);形式二:
Sn=na1+2n(n−1)d(已知首项与公差)。可灵活选用。
三数成等差如何设元?
设三数为
a−d、
a、
a+d,其中
a 为中项、
d 为公差。这样三数和直接是
3a,运算简化。
等差数列的性质有哪些?
若
m+n=p+q(
m,n,p,q∈N∗),则
am+an=ap+aq;子数列(下标成等差)仍是等差数列;前
n 项和
Sn 是关于
n 的二次函数(缺常数项)。
依据与出处
- 人教 A 版(2019 审定)选择性必修第二册 第一章《数列》§1.2