等差数列的通项公式推导如下:
定义法
等差数列的定义是从第二项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,这个常数叫做等差数列的公差,记为d。
设等差数列的首项为a₁,公差为d,则第n项aₙ可以表示为:
\[
a_n = a_1 + (n-1)d
\]
这个公式可以通过观察数列中的规律得出,例如:
a₂ = a₁ + d
a₃ = a₂ + d = a₁ + 2d
a₄ = a₃ + d = a₁ + 3d
以此类推,得到通项公式:
\[
a_n = a_1 + (n-1)d
\]
累加法
也可以通过累加法推导通项公式。从第2项开始,每一项都是前一项加上公差d。
a₂ = a₁ + d
a₃ = a₂ + d = a₁ + 2d
a₄ = a₃ + d = a₁ + 3d
...
aₙ = a₁ + (n-1)d
数学归纳法
可以使用数学归纳法来验证通项公式。
当n=1时,a₁ = a₁,公式成立。
假设当n=k时,公式成立,即aₖ = a₁ + (k-1)d。
当n=k+1时,aₖ₊₁ = aₖ + d = a₁ + (k-1)d + d = a₁ + kd,公式也成立。
因此,公式对所有的正整数n都成立。
前n项和公式推导
等差数列的前n项和公式为:
\[
S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n)
\]
也可以表示为:
\[
S_n = \frac{n}{2} [2a_1 + (n-1)d]
\]
通过前n项和公式,可以反推出通项公式:
\[
a_n = S_n - S_{n-1}
\]
代入前n项和公式:
\[
a_n = \frac{n}{2} [2a_1 + (n-1)d] - \frac{n-1}{2} [2a_1 + (n-2)d]
\]
化简得到:
\[
a_n = a_1 + (n-1)d
\]
综上所述,等差数列的通项公式为:
\[
a_n = a_1 + (n-1)d
\]
这个公式可以通过定义法、累加法、数学归纳法以及前n项和公式推导得出。