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等差数列前n项和的性质及其推导过程?

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等差数列前n项和的性质及其推导过程如下:

性质

如果等差数列的前n项和公式是 \( S_n = \frac{1}{2}(a_1 + a_n) \cdot n \),那么 \( S_{2n-1} = a_n \)。

证明:等差数列的和是第1项与第n的和乘以n除以2,所以等差数列前奇数项的和是 \( S_{2n-1} = \frac{1}{2}(a_1 + a_{2n-1})(2n-1) \)。又因为 \( a_n \) 是 \( a_1 \) 与 \( a_{2n-1} \) 的等差中项,即 \( 2a_n = a_1 + a_{2n-1} \),带入成立。

推导过程

方法一:倒序相加法

1. 设等差数列的首项为 \( a_1 \),公差为 \( d \),前n项和为 \( S_n \)。

2. 列出等差数列的前n项: \( a_1, a_1 + d, a_1 + 2d, \ldots, a_1 + (n-1)d \)。

3. 将这些项逆序排列,得到: \( a_1 + (n-1)d, a_1 + (n-2)d, \ldots, a_1 + 2d, a_1 + d, a_1 \)。

4. 将这两个等差数列相加,对应的项相加得到: \( 2a_1 + (n-1)d, 2a_1 + (n-1)d, \ldots, 2a_1 + (n-1)d, 2a_1 + (n-1)d, 2a_1 + (n-1)d \)。

5. 由于等差数列的每一项和对称项之和都相等,所以有 \( S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n) \)。

方法二:累加法

1. 设等差数列的首项为 \( a_1 \),公差为 \( d \),前n项和为 \( S_n \)。

2. 根据等差数列的通项公式 \( a_n = a_1 + (n-1)d \),我们可以写出前n项和 \( S_n \) 的累加形式:

\[

S_n = a_1 + (a_1 + d) + (a_1 + 2d) + \ldots + [a_1 + (n-1)d]

\]

3. 将上述等式倒序写,得到:

\[

S_n = a_n + (a_{n-1} + d) + \ldots + [a_1 + d] + a_1

\]

4. 将两个等式相加,得到:

\[

2S_n = (a_1 + a_n) + (a_1 + a_n) + \ldots + (a_1 + a_n) \quad \text{(共n项)}

\]

5. 因此, \( S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n) \)。

通过以上两种方法,我们可以推导出等差数列前n项和的公式为:

\[

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

\]

这个公式表明,等差数列前n项和等于首项与末项的和乘以项数除以2。