利用函数思想巧解等差数列问题

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangqin0629
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  数列是特殊的函数,而等差数列更是具备良好的函数性质,要是我们能够利用好这些性质,不仅能够使我们加深对数列的理解,更能使我们解决相应问题时更加得心应手.
  一、等差数列中特定项的问题
  我们假设数列{an}为等差数列,其公差为d,首项为a1.则易知其通项公式为an=a1 (n-1)dan=nd (a1-d),若将an看成n的函数,我们会发现an是形如“kn b”的关于n的线性函数,其中k等于公差d.既然是线性函数,我们知道其上任意的点都是“共线”的,利用这条性质我们便可以方便、高效地解决相应的类型问题.
  例1已知数列{an}为等差数列,且a3=7,a15=31,则a17的值为.
  常规解法由于{an}为等差数列,所以有a15=a1 14d;a3=a1 2d.求得首项a1=3,公差d=2,故a17=a1 16d=35.
  巧妙解法由于{an}为等差数列,则易知(3,a3),(15,a15),(17,a17)三點共线,故其“斜率”相等,因而,我们得a15-a3115-3=a17-a15117-15,代入相应的值后我们解得a17=35.
  点评:对于常规思路,要解决等差数列通项类的问题,我们一般需要转换为首项a1和公差d来进行求解,需要两个方程来解出这两个参数,而我们从函数视角来解决此类问题时巧妙利用通项公式的函数特征,只需一步便可求得答案,无疑降低了计算量.
  二、等差数列中前n项和的问题
  设数列{an}为等差数列,其公差为d,首项为a1,则其前n项和sn=n(a1 an)12=d12n2 a1-d12n.若我们将sn看成n的函数,当公差d≠0时我们会发现sn是形如“an2 bn”的关于n的二次函数,并且其函数图像过定点(0,0).于是我们在解题时若能通过对二次函数图像的解读,并利用数形结合的思想来考虑问题,我们便可以快速找到相应的突破口.而函数g(n)=sn1n则是关于n的一次函数,既然是线性函数,我们知道其上任意的点都是“共线”的,利用这条性质我们也可以方便、高效地解决相应的类型问题.
  例2已知等差数列{an}的前m项和为30,前2m项的和为100,求数列前5m项的和s5m的值.
  常规解法由于{an}为等差数列,所以sm,s2m-sm,s3m-s2m,s4m-s3m,s5m-s4m仍为等差数列,故由题目可知sm,s2m-sm,s3m-s2m,s4m-s3m,s5m-s4m的值依次为30,70,110,150,190,所以s5m=30 70 110 150 190=550.
  巧妙解法构造函数g(n)=sn1n,易知g(n)是关于n的一次函数.既然是线性函数,我们知道其上任意的点都是“共线”的,所以我们有:m,sm1m,2m,s2m12m,5m,s5m15m三点共线,因而,有s2m12m-sm1m12m-m=s5m15m-s2m12m15m-2m,代入解得s5m=550.
  点评:常规解法利用了等差数列依次k项和仍为等差数列这一重要性质,但是当求和项太多时,例如,此题中求s100m,这类办法便显得不那么高明了,而我们创造性地构造g(n)=sn1n这一函数,利用其线性特征,便可以直接求出所需的前5m项之和,且此类方法不受求和项数量影响.
  例3首项为正数的等差数列,前n项和为sn,并且s3=s8则当sn取得最大值时,n的值为.
  常规解法由题可知公差d<0并有3a2=4(a4 a5),所以a2=-4d,故an=(n-6)d,所以a6=0.因此,前5项或者前6项的和最大,因此,答案为5或6.
  巧妙解法由题可知s1=a1>0,并且公差d<0,因此,数列sn=d12n2 a1-d12n所对应的点所在函数的图像如下图所示.
  由于s3=s8,所以对称轴为n=3 812=5.5,又因为n为正整数且|5-5.5|=|6-5.5|,所以,前5项或者前6项的和相等,此时均取得最大值,因此,答案填5或6.
  点评:题目直接告诉了我们sn中特定两项的关系,而常规解法是将sn转化为an来进行求解的,这不免走了一些弯路,而从函数视角出发,直接利用题目所给已知条件,抓住二次函数这一我们非常熟悉的函数的特征来解决问题,直奔主题,简洁明了.
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