设(an)是公比不为1的等比数列,a1为a2,a3的等差中项.(1)求(an)的公比;(2)若a1=1,求数列(nan)的前n项和.
(1)求{an}的公比;
(2)若a1=1,求数列{nan}的前n项和.
题目解答
答案
a1为a2,a3的等差中项,可得2a1=a2+a3,
即2a1=a1q+a1q2,
即为q2+q-2=0,
解得q=-2(1舍去),
所以{an}的公比为-2;
(2)若a1=1,则an=(-2)n-1,
nan=n•(-2)n-1,
则数列{nan}的前n项和为Sn=1•1+2•(-2)+3•(-2)2+…+n•(-2)n-1,
-2Sn=1•(-2)+2•(-2)2+3•(-2)3+…+n•(-2)n,
两式相减可得3Sn=1+(-2)+(-2)2+(-2)3+…+(-2)n-1-n•(-2)n
=$\frac{1-(-2)^{n}}{1-(-2)}$-n•(-2)n,
化简可得Sn=$\frac{1-(1+3n)•(-2)^{n}}{9}$,
所以数列{nan}的前n项和为$\frac{1-(1+3n)•(-2)^{n}}{9}$.
解析
考查要点:本题主要考查等比数列的性质、等差中项的应用,以及利用错位相减法求数列前n项和的方法。
解题核心思路:
- 第(1)题:利用等差中项的定义建立方程,结合等比数列的通项公式求解公比。
- 第(2)题:构造数列通项,通过错位相减法求和,注意处理等比数列求和公式的应用。
破题关键点:
- 第(1)题:将“a₁是a₂和a₃的等差中项”转化为方程$2a_1 = a_2 + a_3$,代入等比数列通项后化简求解。
- 第(2)题:通过错位相减法构造方程,将复杂求和转化为等比数列求和问题,注意符号和项数的对应关系。
第(1)题
等差中项条件:
由题意,$a_1$是$a_2$和$a_3$的等差中项,故有
$2a_1 = a_2 + a_3.$
等比数列通项代入:
设公比为$q$,则$a_2 = a_1 q$,$a_3 = a_1 q^2$,代入得:
$2a_1 = a_1 q + a_1 q^2.$
化简方程:
两边同除以$a_1$($a_1 \neq 0$),得二次方程:
$q^2 + q - 2 = 0.$
求解公比:
因式分解得:
$(q + 2)(q - 1) = 0,$
解得$q = -2$或$q = 1$。因公比不为1,故$q = -2$。
第(2)题
数列通项:
由$a_1 = 1$,公比$q = -2$,得$a_n = (-2)^{n-1}$,故
$na_n = n \cdot (-2)^{n-1}.$
前n项和构造:
设前n项和为$S_n$,则
$S_n = 1 \cdot 1 + 2 \cdot (-2) + 3 \cdot (-2)^2 + \cdots + n \cdot (-2)^{n-1}.$
错位相减法:
两边同乘公比$-2$,得:
$-2S_n = 1 \cdot (-2) + 2 \cdot (-2)^2 + 3 \cdot (-2)^3 + \cdots + n \cdot (-2)^n.$
两式相减:
$S_n - (-2S_n)$得:
$3S_n = 1 + (-2) + (-2)^2 + (-2)^3 + \cdots + (-2)^{n-1} - n \cdot (-2)^n.$
等比数列求和:
前$n$项和为等比数列,首项$1$,公比$-2$,故:
$\frac{1 - (-2)^n}{1 - (-2)} = \frac{1 - (-2)^n}{3}.$
整理结果:
代入得:
$3S_n = \frac{1 - (-2)^n}{3} - n \cdot (-2)^n,$
化简得:
$S_n = \frac{1 - (1 + 3n)(-2)^n}{9}.$