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数列 · 第 5 站

错位相减求和:等差×等比的克星

求 1·2 + 2·4 + 3·8 + ... + n·2ⁿ?通项是等差×等比(n × 2ⁿ),不能直接套公式。错位相减是高考数列大题第二问的另一大神器——把和式乘公比后错开一位相减,中间变成等比数列。

① 这一课怎么学(小白 4 步法)

总用时约 70 分钟,分 4 步,一步都别跳:

1读(15 分钟)
理解为什么乘 q 后要错开一位。
2练(20 分钟)
跟着例题做 2 道标准错位相减。
3对(20 分钟)
做第⑥⑩部分,重点练最后化简。
4默(10 分钟)
背错位相减四步流程。
第一课小目标① 识别等差×等比通项;② 完成错位相减四步;③ 最后化简不出错。

② 一图看懂全课(思维导图)

先有地图再走路:本知识共分这几大块,学完每块回来打勾。

错位相减
→
识别
an=(等差)×(等比)
n·2ⁿ
(2n−1)·3ⁿ
→
四步
写 Sn
乘 q
错开减
化简
→
中间
变成等比
用求和公式
→
易错
项数错
符号错
最后化简

③ 先认识它::乘 q 后错开一位

适用:通项 an = (等差) × (等比),如 n·2ⁿ、(2n+1)·3ⁿ⁻¹。

四步:① 写出 Sn;② 两边乘公比 q;③ 错开一位相减;④ 中间是等比数列,用公式求和,最后化简。

Sn = 1·2 + 2·4 + 3·8 + ... + n·2ⁿ 2Sn = 1·4 + 2·8 + ... + (n−1)·2ⁿ + n·2ⁿ⁺¹ 相减:−Sn = 2 + (4+8+...+2ⁿ) − n·2ⁿ⁺¹ 中间是等比,求和后化简 → Sn = (n−1)·2ⁿ⁺¹+2

④ 完整公式 / 体系表

错位相减标准流程(以 Sn = Σ k·q^k 为例)

四步 ① Sn = 1·q + 2·q² + 3·q³ + ... + n·qⁿ
② q·Sn = 1·q² + 2·q³ + ... + (n−1)·qⁿ + n·qⁿ⁺¹
③ ①−②:(1−q)Sn = q + q² + q³ + ... + qⁿ − n·qⁿ⁺¹
④ 中间是等比:q+q²+...+qⁿ = q(1−qⁿ)/(1−q),代入化简
步骤注意
乘 q两边都乘公比,别只乘一边
错开qSn 的第一项对齐 Sn 的第二项
相减中间是等比(n−1 项),不是 n 项
化简两边除以 (1−q),整理成标准形式

⑤ 用法场景与典型例题

典型例题

例1(标准):求 Sn = 1·2 + 2·4 + 3·8 + ... + n·2ⁿ。
解:① Sn = 1·2 + 2·4 + ... + n·2ⁿ;② 2Sn = 1·4 + 2·8 + ... + n·2ⁿ⁺¹;③ ①−②:−Sn = 2 + 4 + 8 + ... + 2ⁿ − n·2ⁿ⁺¹。中间等比和 = 2(2ⁿ−1)/(2−1) = 2ⁿ⁺¹−2。−Sn = 2ⁿ⁺¹−2 − n·2ⁿ⁺¹ = (1−n)2ⁿ⁺¹−2。Sn = (n−1)·2ⁿ⁺¹ + 2。
例2(带系数):求 Sn = 1·1 + 3·2 + 5·4 + ... + (2n−1)·2ⁿ⁻¹。
解:① Sn = 1 + 3·2 + 5·4 + ... + (2n−1)·2ⁿ⁻¹;② 2Sn = 1·2 + 3·4 + ... + (2n−1)·2ⁿ;③ ①−②:−Sn = 1 + 2·2 + 2·4 + ... + 2·2ⁿ⁻¹ − (2n−1)·2ⁿ。中间 = 2(2+4+...+2ⁿ⁻¹)=2·(2ⁿ−2)=2ⁿ⁺¹−4。−Sn = 1 + 2ⁿ⁺¹−4 −(2n−1)2ⁿ = (3−2n)2ⁿ−3。Sn = (2n−3)·2ⁿ + 3。
例3(q=1/2):求 Sn = 1 + 2/2 + 3/4 + ... + n/2ⁿ⁻¹。
解:① Sn = 1 + 2/2 + 3/4 + ... + n/2ⁿ⁻¹;② ½Sn = 1/2 + 2/4 + ... + (n−1)/2ⁿ⁻¹ + n/2ⁿ;③ ①−②:½Sn = 1+1/2+1/4+...+1/2ⁿ⁻¹ − n/2ⁿ = 2(1−1/2ⁿ) − n/2ⁿ。Sn = 4 − (n+2)/2ⁿ⁻¹。
高考考法数列大题第二问,第一问求出 an = (等差)(等比),第二问错位相减求和。必考题。

⑥ 高频错误诊断

错误 1乘 q 后不错开,直接对齐相减
✗ → ✓ qSn 向右错一位
对齐了就抵消不掉中间项。
错误 2中间等比数列数 n 项
✗ → ✓ 中间是 n−1 项(或 n 项,看情况)
写前几项数一下。
错误 3最后忘除以 (1−q)
✗ → ✓ 两边除以 (1−q)
(1−q)Sn = ...,Sn 还要除过去。
错误 4符号写反(用 ②−① 而非 ①−②)
✗ → ✓ 用 ①−②
①−② 得 (1−q)Sn,方便。

⑦ 考点与真题演练(紫 tag)

考点自测(点击选项即时判断)

1. Sn = 1·2 + 2·4 + ... + n·2ⁿ,则 Sn = ?

解析:错位相减得 (n−1)2ⁿ⁺¹+2。

2. 错位相减适用的通项是?

解析:等差×等比型用错位相减;分式乘积用裂项。

3. Sn = Σ k·3^k,乘 q=3 后错开一位,中间等比有几项?

解析:Sn 有 n 项,3Sn 有 n 项,错开后重叠 n−1 项。

⑧ 必背公式卡

适用:an = (等差)×(等比)。
四步:写 Sn → 乘 q → 错开减 → 化简。
乘 q 后 qSn 向右错一位。
中间重叠部分是等比数列(n−1 项)。
最后两边除以 (1−q)。
相减用 ①−②,得 (1−q)Sn。
写前几项数清楚项数,别多别少。

⑨ 应用输出(建模 / 口述解题)

口述解题模板"错位相减四步:① 写 Sn 展开;② 两边乘公比 q;③ qSn 错开一位,用 ①−②;④ 中间等比求和,两边除 (1−q) 化简。"

口述题

口头说 1·1 + 2·2 + 3·4 + ... + n·2ⁿ⁻¹ 的求法。

参考答案:Sn = 1+2·2+3·4+...+n·2ⁿ⁻¹。2Sn = 1·2+2·4+...+n·2ⁿ。①−②:−Sn = 1+2+4+...+2ⁿ⁻¹ − n·2ⁿ = (2ⁿ−1)−n·2ⁿ。Sn = (n−1)2ⁿ+1。

⑩ 分层练习 18 题(基础 6 + 中档 6 + 拔高 6)

基础1错位相减适用什么通项?
等差×等比型。
基础2Sn = Σ k·2^k,乘 q=?
q = 2。
基础3①−② 后左边是 (1−q) 乘谁?
= (1−q)Sn。
基础4中间重叠部分是什么数列?
等比数列。
基础5Sn = Σ k·3^k,最后两边除以 ?
除以 (1−3) = −2。
基础6乘 q 后对齐还是错开?
错开一位。
中档7求 Sn = 1·1 + 2·2 + 3·4 + ... + n·2ⁿ⁻¹。
错位相减:Sn = (n−1)2ⁿ + 1。
中档8求 Sn = 1·3 + 2·9 + ... + n·3ⁿ。
Sn = [3−(2n−1)3ⁿ⁺¹]/4。
中档9求 Sn = 1·2 + 2·2² + ... + n·2ⁿ。
Sn = (n−1)2ⁿ⁺¹ + 2。
中档10求 Sn = 1 + 2·(−1) + 3·1 + ...(q=−1)。
交错级数,错位相减:Sn = [1−(−1)ⁿ(2n+1)]/4。
中档11求 Sn = 1·2 + 3·2² + 5·2³ + ... + (2n−1)·2ⁿ。
Sn = (2n−3)2ⁿ⁺¹ + 6。
中档12求 Sn = Σ k·(1/2)^k。
Sn = 2 − (n+2)/2ⁿ。
拔高13求和 1·1/2 + 2·1/4 + 3·1/8 + ... + n/2ⁿ。
Sn = 2 − (n+2)/2ⁿ。
拔高14数列 an=n·2ⁿ⁻¹,求前 n 项和。
Sn=(n−1)2ⁿ+1。
拔高15求和 Σ(k=1..n) (2k−1)·2^k。
Sn=(2n−3)2ⁿ⁺¹+6。
拔高16求和 1·3 + 2·3² + ... + n·3ⁿ。
Sn=[3−(2n−1)3ⁿ⁺¹]/4。
拔高17求和 1·2 + 4·2² + 7·2³ + ... + (3n−2)·2ⁿ。
Sn=(3n−5)2ⁿ⁺¹+10。
拔高18数列 an=(2n+1)·2ⁿ,求 Sn。
Sn=(2n−1)2ⁿ⁺¹+2。

⑪ 记忆口诀与 7 天复习计划

三句口诀 ① 等差乘等比,错位相减起。
② 乘 q 错开一位,①−② 中间等比。
③ 最后除 (1−q),化简要仔细。

7 天复习计划

天任务自检
第 1 天读③④部分 + 跟着做例1四步流程熟
第 2 天基础 1-6 + 中档 7-9全对
第 3 天中档 10-12 + 拔高 13-14项数数对
第 4 天默写四步流程不看书能写
第 5 天拔高 15-18错题搞懂
第 6-7 天每天做 1 道错位相减零失误