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等差数列的前n项和

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年10月9日 (五) 11:53的版本 (补充数列、求和与导数应用:原创推导、算例和教学配图)
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等差数列的前 n 项和把前 n 个按固定公差变化的数累加。若 an=a1+(n−1)d,记 Sn=a1+a2+⋯+an(n 为正整数),则 Sn=n(a1+an)2=n2[2a1+(n−1)d]. 这个公式不要求各项为正;公差为负或零时同样成立。

首尾配对

把同一个和正写、倒写: Sn=a1+a2+⋯+an−1+an,Sn=an+an−1+⋯+a2+a1. 逐列相加,每列都是 a1+an,共有 n 列,因此 2Sn=n(a1+an)。图中上排从首项向末项增加,下排反向排列;每个竖列等高,恰好体现“两份和”。

两行方格,上排长度依次为三五七九,下排倒序为九七五三,四列的上下合计都为十二
用 3、5、7、9 演示:两行总和为四个 12,原来的一行之和为 24。

以首项 3、公差 2 的前四项为例,S4=4(3+9)/2=24,与直接计算 3+5+7+9 一致。求前 20 项不必逐一相加:a20=3+19⋅2=41,所以 S20=20(3+41)/2=440。

已知总量反求项数

假设座位排数从 1 开始,第 1 排有 12 个座位,以后每排比上一排多 2 个。设共有 n 排,总座位数 Sn=n2[24+2(n−1)]=n(n+11). 若场地恰有 180 个座位,则解 n(n+11)=180,即 (n−9)(n+20)=0。排数必须是正整数,所以 n=9。代回得到 9⋅20=180;舍去 −20 不只是代数操作,而是由“排数”这个对象的取值范围决定。

由 Sn−Sn−1=an 也可从累计量恢复每一项。若某题给出 Sn=n2+2n,则 a1=S1=3,而 n≥2 时 an=Sn−Sn−1=2n+1;同一个公式在 n=1 也给 3,故通项为 2n+1。计算差时先展开两个相邻下标,可以避免把 Sn 误当成 an。

参考资料