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公差数列的求和公式推导?

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等差数列的求和公式推导过程如下:

定义与通项公式

等差数列是指从第二项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数的一种数列,这个常数叫做等差数列的公差,记作 \( d \)。

等差数列的通项公式为:\[ a_n = a_1 + (n-1)d \]

前n项和公式

设等差数列的首项为 \( a_1 \),末项为 \( a_n \),项数为 \( n \),公差为 \( d \),前 \( n \) 项和为 \( S_n \)。

根据等差数列的定义,可以写出前 \( n \) 项和的另一种形式:

\[ S_n = a_1 + a_2 + a_3 + \cdots + a_n \]

倒序相加法

将前 \( n \) 项和 \( S_n \) 倒序写出:

\[ S_n = a_n + a_{n-1} + \cdots + a_2 + a_1 \]

将正序和倒序的和相加:

\[ 2S_n = (a_1 + a_n) + (a_2 + a_{n-1}) + \cdots + (a_n + a_1) \]

每一对括号内的和都等于 \( a_1 + a_n \),共有 \( n \) 对:

\[ 2S_n = n(a_1 + a_n) \]

求和公式

将上式两边同时除以 2,得到前 \( n \) 项和 \( S_n \) 的公式:

\[ S_n = \frac{n(a_1 + a_n)}{2} \]

另一种形式

也可以利用通项公式 \( a_n = a_1 + (n-1)d \) 将 \( a_n \) 表达为 \( a_1 \) 和 \( d \) 的函数:

\[ S_n = \frac{n[2a_1 + (n-1)d]}{2} \]

展开并整理得到:

\[ S_n = na_1 + \frac{n(n-1)d}{2} \]

综上所述,等差数列的前 \( n \) 项和公式为:

\[ S_n = \frac{n(a_1 + a_n)}{2} \]

\[ S_n = na_1 + \frac{n(n-1)d}{2} \]

这两个公式都可以用来计算等差数列的前 \( n \) 项和,选择哪个公式可以根据具体情况和个人习惯。