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我们来探讨等比数列中奇数项和与偶数项和的关系。设等比数列有2n项,首项为a1,公比为q。数列中红色表示奇数项,蓝色表示偶数项。每一项都可以用通项公式a_k等于a1乘以q的k减1次方来表示。
现在我们来计算奇数项和。奇数项包括a1、a3、a5直到a2n减1。用通项公式表示,奇数项和等于a1加a3加a5等等。将每项用通项公式展开,得到a1乘以q的0次方加a1乘以q的2次方等等。提取公因子a1后,括号内是1加q的2次方加q的4次方等等,这是一个首项为1、公比为q的2次方的等比数列前n项。
接下来计算偶数项和。偶数项包括a2、a4、a6直到a2n。用通项公式表示,偶数项和等于a2加a4加a6等等。将每项展开得到a1乘以q的1次方加a1乘以q的3次方等等。提取公因子a1乘以q后,括号内仍然是1加q的2次方加q的4次方等等,这与奇数项和中的括号部分完全相同。
现在我们来推导两者的关系。比较奇数项和与偶数项和的表达式,发现奇数项和等于a1乘以括号,而偶数项和等于a1乘以q再乘以括号。由于两个表达式中的括号部分完全相同,所以偶数项和就等于q乘以奇数项和。因此我们得到重要结论:S偶等于q乘以S奇。
我们得到了最终结论:S偶等于q乘以S奇。让我们用一个具体例子来验证。设公比q等于2,项数2n等于4,则数列为a1、2a1、4a1、8a1。奇数项和为a1加4a1等于5a1,偶数项和为2a1加8a1等于10a1。验证发现10a1确实等于2乘以5a1,即S偶等于q乘以S奇。这个重要关系式在等比数列的研究中具有广泛应用。