等差数列求和公式的推导可以通过以下步骤进行:
倒序相加法
设等差数列的首项为 \(a_1\),公差为 \(d\),项数为 \(n\)。
将数列中的每一项倒序排列,得到:\(a_n, a_{n-1}, \dots, a_2, a_1\)。
原等差数列的每一项 \(a_k\) 与逆序排列的每一项 \(a_{n-k+1}\) 之和都为 \((a_k + a_{n-k+1})\)。
因此,原等差数列前 \(n\) 项和可以表示为:
\[
S_n = (a_1 + a_n) + (a_1 + a_{n-1}) + \cdots + (a_1 + a_2) + a_1
\]
将公式中的每一项添上第一项和最后一项,然后全部除以2:
\[
S_n = \frac{n(a_1 + a_n)}{2}
\]
利用通项公式
根据等差数列的通项公式 \(a_n = a_1 + (n-1)d\),将 \(a_n\) 替换为 \(a_1 + (n-1)d\):
\[
S_n = \frac{n(a_1 + a_1 + (n-1)d)}{2}
\]
简化得到:
\[
S_n = \frac{n(2a_1 + (n-1)d)}{2}
\]
进一步简化:
\[
S_n = n \left( a_1 + \frac{(n-1)d}{2} \right)
\]
最终得到等差数列求和公式:
\[
S_n = \frac{n}{2} (2a_1 + (n-1)d)
\]
也可以写成:
\[
S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n)
\]
通过以上推导过程,我们得到了等差数列的求和公式:
\[
S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n)
\]
或者
\[
S_n = n \left( a_1 + \frac{(n-1)d}{2} \right)
\]
这两个公式都可以用来计算等差数列的前 \(n\) 项和。