等差数列

等差数列

如果一个等差数列的首项记作 a1,公差记作 d,那么该等差数列第 n 项 an 的一般项为:

a

n

=

a

1

+

(

n

1

)

d

{\displaystyle a_{n}=a_{1}+(n-1)d}

换句话说,任意一个等差数列 {an} 都可以写成

{

a

,

a

+

d

,

a

+

2

d

,

,

a

+

(

n

1

)

d

}

{\displaystyle \{a\,,\,\,a+d\,,\,\,a+2d\,,\,\cdots \,,\,\,a+(n-1)d\}}

在一个等差数列中,给定任意两相连项 an+1 和 an ,可知公差

d

=

a

n

+

1

a

n

{\displaystyle d=a_{n+1}-a_{n}}

给定任意两项 am 和 an ,则有公差

d

=

a

m

a

n

m

n

{\displaystyle d={\frac {a_{m}-a_{n}}{m-n}}}

此外,在一个等差数列中,选取某一项,该项的前一项与后一项之和,为原来该项的两倍。举例来说,a1 + a3 = 2a2。

更一般地说,有:

a

n

1

+

a

n

+

1

=

2

a

n

{\displaystyle a_{n-1}+a_{n+1}=2a_{n}}

证明如下:

a

n

1

+

a

n

+

1

=

[

a

+

(

n

2

)

d

]

+

(

a

+

n

d

)

=

2

a

+

(

2

n

2

)

d

=

2

[

a

+

(

n

1

)

d

]

=

2

a

n

{\displaystyle {\begin{aligned}a_{n-1}+a_{n+1}&=[a+(n-2)d]+(a+nd)\\&=2a+(2n-2)d\\&=2[a+(n-1)d]\\&=2a_{n}\\\end{aligned}}}

证毕。

从另一个角度看,等差数列中的任意一项,是其前一项和后一项的算术平均:

a

n

=

a

n

1

+

a

n

+

1

2

{\displaystyle a_{n}={\frac {a_{n-1}+a_{n+1}}{2}}}

此结果从上面直接可得。

如果有正整数 m, n, p, q,使得

m

+

n

=

p

+

q

{\displaystyle m+n=p+q}

,那么则有:

a

m

+

a

n

=

a

p

+

a

q

{\displaystyle a_{m}+a_{n}=a_{p}+a_{q}}

证明如下:

a

m

+

a

n

=

[

a

+

(

m

1

)

d

]

+

[

a

+

(

n

1

)

d

]

=

2

a

+

(

m

+

n

2

)

d

=

2

a

+

(

p

+

q

2

)

d

=

[

a

+

(

p

1

)

d

]

+

[

a

+

(

q

1

)

d

]

=

a

p

+

a

q

{\displaystyle {\begin{aligned}a_{m}+a_{n}&=[a+(m-1)d]+[a+(n-1)d]\\&=2a+(m+n-2)d\\&=2a+(p+q-2)d\\&=[a+(p-1)d]+[a+(q-1)d]\\&=a_{p}+a_{q}\\\end{aligned}}}

由此可将上面的性质一般化成:

a

n

k

+

a

n

+

k

=

2

a

n

{\displaystyle a_{n-k}+a_{n+k}=2a_{n}}

a

n

=

a

n

k

+

a

n

+

k

2

{\displaystyle a_{n}={\frac {a_{n-k}+a_{n+k}}{2}}}

其中 k 是一个小于 n 的整数。

给定一个等差数列

{

a

n

}

{\displaystyle \{a_{n}\}}

,则有:

{

b

+

a

n

}

{\displaystyle \{b+a_{n}\}}

是一个等差数列。

{

b

a

n

}

{\displaystyle \{b\cdot a_{n}\}}

是一个等差数列。

{

b

a

n

}

{\displaystyle \{b^{a_{n}}\}}

是一个等比数列。

{

b

a

n

}

{\displaystyle \{{\frac {b}{a_{n}}}\}}

是一个等谐数列。

从等差数列的一般项可知,任意一个可以写成

a

n

=

p

+

q

n

{\displaystyle a_{n}=p+qn}

形成的数列,都是一个等差数列,其中公差 d = q,首项 a = p + q。

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