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等差数列是一种重要的数列类型。在数列中,如果相邻两项的差值保持恒定,我们就称这个数列为等差数列。这个恒定的差值叫做公差,通常用字母d表示。例如数列2、5、8、11、14,每相邻两项的差都是3,所以这是一个公差为3的等差数列。根据这个规律,我们可以推导出等差数列的通项公式:第n项等于首项加上n减1倍的公差。
通项公式a_n等于a_1加上n减1倍的d,可以变形为a_n等于dn加上a_1减d。这表明等差数列的通项公式实际上是关于n的一次函数,其中d是斜率,a_1减d是截距。在坐标系中,等差数列的各项呈直线分布。例如,当首项a_1等于3,公差d等于4时,第10项a_10等于3加上9倍的4,结果是39。
等差数列有一个重要的中项性质:如果m加n等于p加q,那么a_m加a_n等于a_p加a_q。这可以通过通项公式证明。例如在数列2、5、8、11、14、17、20、23、26中,第2项加第8项等于5加23等于28,第4项加第6项等于11加17也等于28,因为2加8等于4加6等于10。特别地,如果a、A、b成等差数列,那么A是a和b的等差中项,等于a加b的一半。
等差数列前n项和可以用倒序相加法推导。将S_n正序和倒序相加,得到2S_n等于n倍的首项加末项,所以S_n等于n倍首项加末项的一半。这也可以写成S_n等于n倍a_1加上n倍n减1倍d的一半。从几何角度看,这相当于计算梯形面积,上底是a_n,下底是a_1,高是n。由于含有n的二次项,S_n是关于n的二次函数。
通过一个综合例题来应用等差数列的各种性质。已知a₃加a₇等于16,a₄乘以a₆等于55,求通项公式和前10项和。利用中项性质,a₃加a₇等于2倍a₅等于16,所以a₅等于8。由于a₄乘以a₆等于a₅减d乘以a₅加d等于a₅的平方减d的平方,代入得64减d的平方等于55,解得d等于正负3。确定通项公式后,利用前n项和公式计算S₁₀等于215。这个例题综合运用了等差数列的通项公式、中项性质和前n项和公式。