等比数列
等比数列:anan+1=q(q=0);通项 an=a1qn−1;前 n 项和 Sn=1−qa1(1−qn)(q=1)、na1(q=1)。
适用前提与边界条件
- 已掌握等差数列的通项与求和
- 已熟悉指数运算
定义
等比数列:若数列 {an} 满足 anan+1=q(非零常数)对任意 n∈N∗ 成立,则称 {an} 为等比数列,q 叫公比。
等比中项:若 a、b、c 成等比数列,则 b 叫 a、c 的等比中项,且
b2=ac(ac>0)
等比中项为 b=±ac。
推导
通项公式:
an=a1qn−1(a1=0, q=0)
推导:由 an−1an=q 累乘得 an=a1⋅qn−1。
前 n 项和公式:
Sn=⎩⎨⎧1−qa1(1−qn)=q−1a1(qn−1)na1(q=1)(q=1)
推导:用错位相减法。设 Sn=a1+a1q+⋯+a1qn−1,qSn=a1q+a1q2+⋯+a1qn,相减得 (1−q)Sn=a1(1−qn),q=1 时 Sn=1−qa1(1−qn)。
等比数列性质:
| 性质 | 表达 |
|---|
| 通项变形 | an=amqn−m(m,n∈N∗) |
| 等距项积 | aman=apaq 当 m+n=p+q |
| 子数列 | 下标成等差的子列仍等比,公比 q′=qk |
| 前 n 项积 | Pn=a1n⋅qn(n−1)/2 |
| Sn 分段 | S2k=Sk(1+qk)(仅等比时成立) |
典例精析
例 1:等比数列 {an} 中 a1=2、q=3,求 a5、S5。
a5=2×34=162。
S5=1−32×(1−35)=−22×(1−243)=−22×(−242)=242。
例 2:三个数成等比数列,和为 14,积为 64,求三个数。
设三数为 a、ar、ar2(或更简洁设为 ra、a、ar)。
用第二种设法:
- 积:ra⋅a⋅ar=a3=64,a=4;
- 和:r4+4+4r=14,r4+4r=10,r4+4r2=10,4r2−10r+4=0,2r2−5r+2=0,(2r−1)(r−2)=0,r=21 或 r=2。
故三个数为 8,4,2 或 2,4,8。
例 3:等比数列前 n 项和 Sn=3n−1,求 an。
n=1 时 a1=S1=31−1=2。
n≥2 时 an=Sn−Sn−1=(3n−1)−(3n−1−1)=3n−3n−1=3n−1(3−1)=2⋅3n−1。
检验 n=1:a1=2⋅30=2,符合,故 an=2⋅3n−1(n∈N∗)。
对比
| 项目 | 等差数列 | 等比数列 |
|---|
| 定义 | an+1−an=d | anan+1=q |
| 通项 | a1+(n−1)d | a1qn−1 |
| 中项 | 2b=a+c | b2=ac |
| 求和 | 2(a1+an)n | 1−qa1(1−qn)(q=1) |
| 求和方法 | 倒序相加 | 错位相减 |
正例与反例
✅ 正例
- 数列 1,2,4,8,… 是等比数列,q=2,an=2n−1
- a1=3、q=2 的等比数列前 5 项和 S5=1−23(1−25)=−13×(−31)=93
❌ 反例
- 由 a2/a1=2 推出 {an} 是等比数列是错的,需任意 n 都有 an+1/an=2
- 等比中项 b=ac 是错的,应为 b2=ac(含正负两个等比中项)
高频误解与考试易错
- !求和公式 Sn=1−qa1(1−qn) 未讨论 q=1 情形(q=1 时 Sn=na1)
- !等比中项 b2=ac 漏条件(a,c 同号)
- !公比 q 取负数时不验证项数符号
- !等比数列判定仅看前几项之比(必须任意 n 都满足)
常见问题
等比数列的判定方法?
三种方法:(1) 定义法
anan+1=q(非零常数);(2) 中项法
an+12=anan+2(任意
n,且无
0);(3) 通项法
an=cqn(
c=0,q=0)。
等比数列前 n 项和公式如何选取?
q=1:
Sn=1−qa1(1−qn)=q−1a1(qn−1);
q=1:
Sn=na1。务必分两种情况讨论。
等比中项公式?
若
a、
b、
c 成等比数列,则
b 叫
a、
c 的等比中项,且
b2=ac(要求
ac>0)。等比中项
b=±ac,正负两个值。
等比数列的性质?
若
m+n=p+q,则
aman=apaq;下标成等差的子列仍等比;前
n 项积
Pn=a1n⋅qn(n−1)/2。
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》§1.3-1.4