等差数列的前n项和公式如下:
公式一
$$S_n = \frac{n}{2} (2a_1 + (n-1)d)$$
其中,$S_n$ 表示前n项和,$a_1$ 表示首项,$d$ 表示公差,$n$ 表示项数。
公式二
$$S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n)$$
其中,$a_n$ 表示第n项,可以通过通项公式 $a_n = a_1 + (n-1)d$ 计算得出。
推导过程
公式二可以通过将数列倒序相加得到:
$$S_n = a_1 + a_2 + \cdots + a_{n-1} + a_n$$
$$S_n = a_n + a_{n-1} + \cdots + a_2 + a_1$$
将两式相加:
$$2S_n = (a_1 + a_n) + (a_2 + a_{n-1}) + \cdots + (a_n + a_1)$$
由于等差数列中,$a_1 + a_n = a_2 + a_{n-1} = \cdots$,所以:
$$2S_n = n(a_1 + a_n)$$
$$S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n)$$
应用
这两个公式都可以用来计算等差数列的前n项和,选择哪个公式可以根据具体情况而定。公式一更直观,适合手工计算;公式二则适合编程和计算机实现,因为它避免了重复计算。
示例
假设一个等差数列的首项 $a_1 = 3$,公差 $d = 2$,项数 $n = 5$,则:
1. 使用公式一:
$$S_5 = \frac{5}{2} (2 \times 3 + (5-1) \times 2) = \frac{5}{2} (6 + 8) = \frac{5}{2} \times 14 = 35$$
2. 使用公式二:
$$a_5 = 3 + (5-1) \times 2 = 3 + 8 = 11$$
$$S_5 = \frac{5}{2} (3 + 11) = \frac{5}{2} \times 14 = 35$$
无论使用哪个公式,结果都是35。