等比数列的求和公式根据公比q是否等于1分为两种情况:
当q不等于1时
$$
S_n = \frac{a_1(1 - q^n)}{1 - q}
$$
其中,$a_1$ 是等比数列的首项,$q$ 是等比数列的公比,$n$ 是项数。
当q等于1时
$$
S_n = n \cdot a_1
$$
即等比数列中每一项都相等,其和等于项数乘以首项。
推导过程
当q不等于1时:
设等比数列的前n项和为$S_n$,首项为$a_1$,公比为$q$。
则第n项$a_n = a_1 \cdot q^{n-1}$。
等比数列前n项和可以表示为:$S_n = a_1 + a_1q + a_1q^2 + \cdots + a_1q^{n-1}$。
将等式两边同时乘以公比$q$,得到:$qS_n = a_1q + a_1q^2 + \cdots + a_1q^{n-1} + a_1q^n$。
然后用$qS_n$减去$S_n$,得到:$S_n(1 - q) = a_1(1 - q^n)$。
最后得到求和公式:$S_n = \frac{a_1(1 - q^n)}{1 - q}$。
当q等于1时:
等比数列中每一项都相等,均为$a_1$。
因此,前n项和$S_n$等于项数$n$乘以首项$a_1$,即$S_n = n \cdot a_1$。
示例
假设有一个等比数列,首项$a_1 = 2$,公比$q = 3$,项数$n = 4$,则:
当$q \neq 1$时,求和公式为:$S_n = \frac{2(1 - 3^4)}{1 - 3} = \frac{2(1 - 81)}{-2} = \frac{-160}{-2} = 80$。
当$q = 1$时,求和公式为:$S_n = 4 \cdot 2 = 8$。