等比数列求和公式的推导可以通过以下步骤进行:
写出等比数列的前n项和
\[
S_n = a_1 + a_1 q + a_1 q^2 + \cdots + a_1 q^{n-1}
\]
其中, \(a_1\) 是首项,\(q\) 是公比。
乘以公比
\[
q S_n = a_1 q + a_1 q^2 + a_1 q^3 + \cdots + a_1 q^n
\]
两式相减
\[
S_n - q S_n = (a_1 + a_1 q + a_1 q^2 + \cdots + a_1 q^{n-1}) - (a_1 q + a_1 q^2 + a_1 q^3 + \cdots + a_1 q^n)
\]
左边:
\[
S_n - q S_n = (1 - q) S_n
\]
右边:
\[
a_1 + a_1 q + a_1 q^2 + \cdots + a_1 q^{n-1} - a_1 q - a_1 q^2 - \cdots - a_1 q^n = a_1 - a_1 q^n
\]
整理得到求和公式
\[
(1 - q) S_n = a_1 - a_1 q^n
\]
\[
S_n = \frac{a_1 (1 - q^n)}{1 - q}
\]
因此,等比数列的前n项和公式为:
\[
S_n = \frac{a_1 (1 - q^n)}{1 - q}
\]
这个公式适用于 \(q
eq 1\) 的情况。当 \(q = 1\) 时,数列变为等差数列,前n项和为:
\[
S_n = n a_1
\]
综上所述,等比数列求和公式的推导过程如下:
1. 写出前n项和 \(S_n\)。
2. 乘以公比 \(q\)。
3. 两式相减,得到 \((1 - q) S_n = a_1 - a_1 q^n\)。
4. 整理得到 \(S_n = \frac{a_1 (1 - q^n)}{1 - q}\)。