用累加法证明等差数列的通项公式
首先,等差数列的通项公式为 $a_n=a_1+(n-1)d$,其中 $a_n$ 表示第 $n$ 项,$a_1$ 表示首项,$d$ 表示公差。
现在我们来用累加法证明这个公式。
假设我们有一个等差数列 $a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n$,其中 $a_1$ 表示首项,$d$ 表示公差。我们可以将这个数列分成 $n$ 个小组,每个小组包含两个数:第一个数是该小组的首项,第二个数是该小组的末项。例如,第一个小组包含 $a_1$ 和 $a_2$,第二个小组包含 $a_2$ 和 $a_3$,以此类推,最后一个小组包含 $a_{n-1}$ 和 $a_n$。
我们可以将这 $n$ 个小组中的所有数相加,得到以下结果:
$$ a_1+a_2+a_2+a_3+a_3+a_4+\cdots+a_{n-1}+a_n $$
我们可以将每个小组中的两个数相加,得到以下结果:
$$ a_1+a_2,a_2+a_3,a_3+a_4,\cdots,a_{n-1}+a_n $$
根据等差数列的性质,每个小组中的两个数相加都等于 $2a_1+(n-1)d$。因此,我们可以将上述结果简化为:
$$ 2a_1+(n-1)d+2a_1+(n-1)d+\cdots+2a_1+(n-1)d $$
共有 $n$ 个 $2a_1+(n-1)d$ 相加。因此,上述结果可以进一步简化为:
$$ n(2a_1+(n-1)d) $$
另一方面,等差数列的前 $n$ 项和为:
$$ S_n=\frac{n(a_1+a_n)}{2} $$
将 $a_n=a_1+(n-1)d$ 代入上式,得到:
$$ S_n=\frac{n(a_1+a_1+(n-1)d)}{2}=\frac{n(2a_1+(n-1)d)}{2} $$
因此,我们得到了两个表达式,它们都等于等差数列中前 $n$ 项的和。因此,它们必须相等:
$$ n(2a_1+(n-1)d)=\frac{n(2a_1+(n-1)d)}{2} $$
将上式化简,得到:
$$ 2a_1+(n-1)d=a_1+a_n $$
即:
$$ a_n=a_1+(n-1)d $$
这就证明了等差数列的通项公式
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