錯(cuò)項(xiàng)求和在數(shù)列中是一塊重要的內(nèi)容,是近幾年各省高考試卷中的???,錯(cuò)項(xiàng)求和方法簡(jiǎn)單,其一般數(shù)列的通項(xiàng)形式為an=(an+b)·qn,通常要先列出等比數(shù)列與等差數(shù)列相乘的式子,設(shè)為式1;然后將這個(gè)式子乘以公比,形成式2.兩式相減,形成一個(gè)等比數(shù)列.
但這樣在運(yùn)算過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤;可將錯(cuò)項(xiàng)求和轉(zhuǎn)化為裂項(xiàng)求和,將數(shù)列中的每項(xiàng)分解,
重新組合,使之能消去一些項(xiàng),減少運(yùn)算錯(cuò)誤最終達(dá)到求和的目的.
題型1已知數(shù)列{an}的通項(xiàng)滿足an=(an+b)·qn(q≠0且q≠1),Sn為其前n項(xiàng)和,求Sn.
分析 通項(xiàng)滿足an=(an+b)·qn,且求其前n項(xiàng)和Sn,是錯(cuò)項(xiàng)求和的主要題型;利用裂項(xiàng)求和,將數(shù)列中的每項(xiàng)分解,如何分解是關(guān)鍵?
解令an=(an+b)·qn=bn+1-bn=[A(n+1)+B]·qn+1-An+B·qn
=qn·[(qA-A)n+qA+qB-B]
所以qA-A=a,
qA+qB-B=b,
所以A=aq-1,
B=bq-aq-bq-12,
所以bn=aq-1n+bq-aq-b(q-1)2·qn,
所以Sn=a1+a2+a3+…+an
=b2-b1+b3-b2+b4-b3+…+bn+1-bn
=bn+1-b1
=aq-1(n+1)+bq-aq-b(q-1)2·qn+1-b·q2-a+bqq-12.
點(diǎn)睛將an=(an+b)·qn=bn+1-bn=[A(n+1)+B]·qn+1-An+B·qn是這類裂項(xiàng)求和題型的關(guān)鍵,再利用待定系數(shù)法求出A,B.
例1(2015年高考山東,理18)設(shè)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn.已知2Sn=3n+3.(Ⅰ)求{an}的通項(xiàng)公式; (Ⅱ)若數(shù)列{bn}滿足anbn=log3an,求{bn}的前n項(xiàng)和Tn.
分析(Ⅱ)求{bn}的前n項(xiàng)和Tn,標(biāo)準(zhǔn)答案采用錯(cuò)項(xiàng)求和,筆者利用裂項(xiàng)求和的方法加以解答.
解(Ⅰ)略得:an=3,n=1,
3n-1,n>1,
(Ⅱ)由條件得,bn=13(n=1),
n-1·31-n(n>1),
當(dāng)n>1時(shí),bn=(n-1)·31-n=cn+1-cn=[A(n+1)+B]·3-n-An+B·31-n
=31-n·An+A3+B3-An-B
=31-n·-2A3n+A3-2B3
所以-2A3=1,
A3-2B3=-1,所以A=-32,
B=34,
所以cn=-32n+34·31-n
所以Tn=b1+b2+…+bn
=b1+c3-c2+c4-c3+…+cn+1-cn
=13+-32(n+1)+34·3-n--32·2+34·3-1
=1312-6n+34·3n.
點(diǎn)睛bn=13(n=1),
n-1·31-n(n>1)是一分段數(shù)列,利用錯(cuò)項(xiàng)法求,在運(yùn)算、并項(xiàng)、化簡(jiǎn)過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤;但利用裂項(xiàng)法,簡(jiǎn)潔,明了.
題型2 已知數(shù)列{an}的通項(xiàng)滿足an=(an2+bn+c)·qn(q≠0且q≠1),Sn為其前n項(xiàng)和,求Sn.
分析通項(xiàng)滿足an=(an2+bn+c)·qn,且求其前n項(xiàng)和Sn,要用兩次錯(cuò)項(xiàng)求和,首先將an=(an2+bn+c)·qn轉(zhuǎn)化an=(An+B)·qn,再用錯(cuò)項(xiàng)法才能解答,且不容易想到;但用裂項(xiàng)求和很容易解答.
解an=(an2+bn+c)·qn=bn+1-bn
=A(n+1)2+B(n+1)+C·qn+1-An2+Bn+C·qn
=qn·(qAn2+2qAn+qA+qBn+qB+qC-An2-Bn-C)
=qn·[(qA-A)n2+(2qA+qB-B)n+(qB+qC-C)]
所以qA-A=a,
2qA+qB-B=b,
qB+qC-C=c,
所以A=aq-1,
B=bq-b-2aq(q-1)2,
C=c+2a-bq2+b-2cq+cq-13,
所以bn=[aq-1n2+(b-2a)q-bq-12n+c+2a-bq2+b-2cq+cq-13]qn
所以Sn=a1+a2+a3+…+an
=b2-b1+b3-b2+b4-b3+…+bn+1-bn
=bn+1-b1
=[aq-1(n+1)2+(b-2a)q-bq-12(n+1)+c+2a-bq2+b-2cq+cq-13]qn+1-[aq-1+b-2aq-bq-12+c+2a-bq2+b-2cq+cq-13]q.
點(diǎn)睛裂項(xiàng)求和的思路是利用已知數(shù)列的通項(xiàng)的特點(diǎn),將通項(xiàng)轉(zhuǎn)化為另外一個(gè)數(shù)列兩項(xiàng)的差.
例2 (山東濱州市2016年高三3月模擬)設(shè)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,且Sn=2an-2.(Ⅰ)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;(Ⅱ)令bn=log2an,cn=b2nan,求數(shù)列{cn}的前n項(xiàng)和Tn.
分析由條件得cn=n22n,求{cn}的前n項(xiàng)和Tn,很難想到用兩次錯(cuò)項(xiàng)求和,但用裂項(xiàng)求和很容易.
解(Ⅰ)略.an=2n.
(Ⅱ)cn=n22n=dn+1-dn=A(n+1)2+B(n+1)+C2n+1-An2+Bn+C2n
=(A2n2+An+A2+B2n+B2+C2-An2-Bn-C)2n
=-A2n2+(A-B2)n+A+B-C22n,
所以-A2=1,
A-B2=0,
A+B-C2=0,所以A=-2,
B=-4,
C=-6,
所以dn=-2n2-4n-62n=-n2-2n-32n-1,
所以Tn=c1+c2+…+cn
=d2-d1+d3-d2+…+dn+1-dn
=dn+1-d1=-(n+1)2-2(n+1)-32n--620
=6-n2+4n+62n.
裂項(xiàng)求和是中學(xué)數(shù)列求和中應(yīng)用最廣泛的一種方法,一些常見(jiàn)的思路,如等差數(shù)列、等比數(shù)列,都可以用裂項(xiàng)求和.從裂項(xiàng)求和方法出發(fā),可以構(gòu)造很多能用裂項(xiàng)求和的數(shù)列,這給數(shù)列求和的命題提供了豐富的素材.作者簡(jiǎn)介祝勁永,男,浙江省岱山人,1970年1月生,中學(xué)高級(jí)教師,舟山市正高級(jí)教師.多年來(lái)競(jìng)賽輔導(dǎo)成績(jī)喜人,1999年至今獲全國(guó)二等獎(jiǎng)4名,獲全國(guó)三等獎(jiǎng)2名,省一等獎(jiǎng)13名,在浙江省第二屆高中青年數(shù)學(xué)教師優(yōu)質(zhì)課評(píng)比中獲三等獎(jiǎng).2005學(xué)年度被評(píng)為縣學(xué)科帶頭人.2007年被聘為舟山市中小學(xué)學(xué)科教學(xué)質(zhì)量評(píng)審專家組成員.2013年被評(píng)為市首批正高級(jí)教師,岱山縣優(yōu)秀人才.