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摘 要:数列是高中数学一个非常重要的知识点,也是学习高等数学的基础,在高考中占有重要的地位。历年高考中一般情况下都会有一道填空题加一道解答题考查数列,分值占整张试卷的10%左右。但在实际的教学中,学生普遍反映学习数列比较困难,很难把握解答数列题目所需要的方法和技巧,所以在考试中失分比较严重。实际上,数列题的解答万变不离其宗,抓住数列的基本定义、运用数学基本量去解决是最直接有效的方法。
关键词:数列 基本量 思考策略
数列是高中数学一个非常重要的知识点,也是学习高等数学的基础,在高考中占有重要的地位。历年高考中一般情况下都会有一道填空题加一道解答题考查数列,分值占整个试卷的10%左右。但在实际的教学中,学生普遍反映学习数列比较困难,很难把握解答数列题目所需要的方法和技巧,而且计算量较大,很容易出错。有的学生甚至直接放弃,影响了高考数学成绩。在历年高考中学生在数列题上的失分都比较严重,但实际上,数列题的解答万变不离其宗,只要抓住等差数列或等比数列的定义,根据等差数列中的量a1、d、n、 an、Sn或等比数列的量a1 、q、 n、an、Sn ,将题目中已知的条件进行转换,转化为数列基本量a1、d ( q)之间的关系,通过具体分析计算 a1、d ( q)的量,就可以使问题得到解决。
一、树立目标意识, 运用基本量之间的关系,解答数列题
例1(2009江苏卷)设{an}是公比为q的等比数列, q>1,令bn=an+1(n=1,2,…) 。若数列{bn}有连续四项在集合 {-53,-23,19,37,82}中,则6q = 。
【思考】本题明确{an}是公比为q的等比数列,且q>1,给出了{an}和{bn}的关系 ,bn=an+1(n=1,2,…),而且数列 {bn}有连续四项在集合{-53,-23,19,37,82}中,我们就可以利用 已知条件,回归到等比数列的通项公式和定义,求出{an}的连续四项,进而求出公比q,问题就非常简单了。
解:题目已知条件bn=an+1(n=1,2,…),且{bn}有连续四项在集合{-53,-23,19,37,82}中。那么,可以得出an=bn-1(n=1,2,…)的四项在{-54,-24,18,36,81}中。
因为{an}是公比为q的等比数列,且q>1,所以 {an}的连续四项为-24,36,-54,81,即可求出公比q。
则6q=-9。
例2(2004江苏卷) 设无穷等差数列{an}的前n项和为Sn。若首项a1= ,公差d=1,求满足S=(Sk)2 的正整数k 。
【思考】题目中已经给出等差数列的基本量首项a1=,公差d=1,就可以将等差数列的求和公式Sn= na1+d与 S =(Sk)2 联系起来,从而建立等量关系求解。
解:由已知条件,当a1=,d=1时,
Sn= na1+d = n+ = n2+n,
因为S=(Sk)2 ,所以得k4+k2= (k2+k)2,
即 k3(k-1)=0,
又k≠0,所以k=4。
找到等差数列或等比数列的基本量是解答数列题经常使用的方法。题目涉及有关数列的基本量,就应该从等差数列或等比数列的定义出发,用基本量去表示数列的其他项,再结合已知条件,即可找到问题的解答方法。
二、通过解方程组(不等式)求出数列基本量或确定基本量的约束条件进行解答
例3(2008江苏卷) 设a1,a2,…,an是各项不为零的等差数列(n≥4 ),且公差d≠0。若将此数列删去某一项得到的数列(按原来的顺序)是等比数列,求:
(1)当n=4时,求的数值;(2)求n的所有可能值。
【思考】题目已知{an}是各项不为零的等差数列(n≥4 ),且公差d≠0,可以根据已知条件建立基本量的约束关系来进行求解。
解:(1)当n=4时, a1,a2,a3,a4中不可能删去首项或末项,否则等差数列中连续三项成等比数列,则推出d=0 。
若删去a2,则a32=a1·a4,即(a1+2d)2=a1·(a1+3d),化简得a1+4d=0,得 =-4;
若删去a3,则a22=a1·a4,即 (a1+d)2=a1·(a1+3d),化简得a1-d=0,得 =1;
综上得=-4或=1。
(2)当n=5时, a1,a2,a3,a4,a5中同样不可能删去a1,a2,a4,a5,否则出现连续三项,推出 d=0。若删去a3,则a1·a5=a2·a4,即a1(a1+4d)=(a1+d)·(a1+3d),化简得3d2=0,因为d≠0所以a3不能删去,所以n≠5;
当n>5 时,不存在这样的等差数列。事实上,在数列 a1,a2,a3,…,an-2,an-1,an中,由于不能删去首项或末项,若删去a2,则必有an-3·an=an-1·an-2,这与d≠0矛盾;同样若删去an-1,也有a1·a4=a2·a3,这与d≠0矛盾;若删去a3,…,an-2中的任意一个,则必有a1·an=a2·an-1,这与d≠0矛盾(或者说,当 n≥6时,无论删去哪一项,剩余的项中必有连续的三项)。
综上所述, n=4。
例4(2010浙江卷) 设a1和d为实数,首项为a1,公差为 d的等差数列{an}的前n项和为Sn,满足S5 S6+15=0,求:
(1)若S5=5,求S6及a1 ; (2)d的取值范围。
【思考】根据已知条件,建立方程组,简化各种量之间的关系。求解(1)、(2)的关键是用方程的眼光看待2a12+9da1+10d2+1=0(同样可以求出 范围)。 解:(1)由题意知S6=-3 ,所以a6=S6-S5=-8,
所以5a1+10d=5a1+5d=-8解得a1=7,所以S6=-3,a1=7。
(2)因为S5S6 +15=0,
所以(5a1+10d)(6a1+15d)+15=0,
即 2a12 +9da1+10d2+1=0可以看成关于a1的一元二次不等式,所对应的方程一定有解(a1存在)。
所以△=(9d)2-4×2×(10d2+1)≥0 ,
故d的取值范围为d≥2或d≤-2。
这类题目首先要根据题目中的已知条件,通过建立方程组(不等式)求解出等差数列或等比数列的基本量或建立基本量的约束条件,再根据实际的情况和要求去进行解答即可。
三、从整体结构把握数列基本量之间的关系,寻找解题方法
例5(2006江苏卷) 设数列{an}、 {bn}、 {cn}满足:bn=an-an+2,cn=an+2an+1+3an+2(n=1,2,3,… ) 。
求证{an}为等差数列的充分必要条件是{cn}为等差数列且bn≤bn+1(n=1,2,3,… )。
【思考】本题明确给出数列{an}、 {bn}、 {cn}之间的关系,要证明{an}为等差数列的充分必要条件是{cn}为等差数列且bn≤bn+1(n=1,2,3,… ) ,可以分步化解,回归到等差数列的基本定义,通过建立数列{an}、 {bn}、 {cn}的等量关系来进行解答。
证明:
必要性:设{an}是公差为d1的等差数列,则
bn+1-bn=(an+1-an+3) -(an-an+2)=(an+1-an)-(an+3-an+2)
=d1-d1=0,
所以bn≤bn+1(n=1,2,3,… ) 成立,
又cn+1-cn=(an+1-an)+2(an+2-an+1)+3(an+3-an+2)
=d1+2d1+3d1 =6d1(常数)(n=1,2,3,… ),
所以数列{cn}为等差数列。
充分性:设数列{cn}是公差为d2的等差数列,且bn≤bn+1(n=1,2,3,… ) ,
因为cn=an+2an+1+3an+2, ①
所以cn+2 =an+2 +2an+3+3an+4, ②
①-②得
cn-cn+2 =(an-an+2)+2(an+1-an+3)+3(an+2-an+4)=bn+2bn+1+3bn+2,
因为cn-cn+2 =(cn-cn+1)+(cn+1-cn+2)=-2d2,
所以bn+2bn+1+3bn+2=-2d2, ③
从而有bn+1+2bn+2+3bn+3=-2d2, ④
④-③得
(bn+1-bn)+2(bn+2-bn+1)+3(bn+3-bn+2)=0, ⑤
因为bn+1-bn≥0,bn+2-bn+1≥0,bn+3-bn+2 ≥0,
所以由⑤得bn+1-bn≥0(n=1,2,3,… ),
由此不妨设bn=d3(n=1,2,3,… ),则an-an+2=d3(常数),
由此 cn=an+2an+1+3an+2 =4an+2an+1-3d3, ⑥
从而有 cn+1 =4an+1+2an+2 -3d3=4an+1+2an-5d3 , ⑦
⑦-⑥得: cn+1-cn=2(an+1-an) -2d3,
因此an+1-an=(cn+1-cn)+d3=d2+d3(常数)(n=1,2,3,… ) ,
所以数列{an}是等差数列。
综上所述:{an}为等差数列的充分必要条件是{cn}为等差数列且bn≤bn+1(n=1,2,3,… )。
例6(2010年江苏卷) 设各项均为正数的数列{an}的前n项和为Sn,已知2a2=a1+a3,数列 是公差为d的等差数列,求数列{an}的通项公式(用n,d表示)。
【思考】根据已知条件,将重新看作等差数列,根据等差数列的定义和基本特点,结合题目中的条件建立等量关系,就可以快速解答。
解:因为是等差数列,所以2=+, 又2a2=a1+a3,所以2=+,
平方得3a1+a2=2,即 (-)2=0,所以,a2=3a1,
所以d=-=2-=,即=d ,
所以=+(n-1)d=nd,Sn= n2d2,
n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2d2-(n-1)2d2=(2n-1)d2,
且对n=1成立,所以an=(2n-1)d2。
整体思想是数列中比较常用的方法,在某一类题目中,不需要直接求出等差数列或等比数列中的基本量,只需将基本量之间的关系式整体代入复杂的结构中,把数列的复合基本量作为一个整体,列出方程或方程组,从而简化结构;或者通过变形把具有复杂结构的新数列转化为等差数列或等比数列,再根据等差数列或等比数列的定义和基本特点进行解答,这种思想在高考中经常出现。
四、结束语
数列一直是高考考查的重点内容,而且有关数列的试题经常是综合性试题,一方面考查等差数列、等比数列的基础知识和基本技能,另一方面还和函数、不等式、方程、解析几何、立体几何等相关内容交汇在一起,并加以导数和向量等新增内容,使数列题有了相当大的扩展面。数列题中会涉及函数与方程、转化与归纳、分类讨论等重要思想,以及配方法、换元法、待定系数法等基本数学方法,但所有这些,要尽量回归本质,牢牢掌握数列的定义、性质和公式。在解答时,充分利用数列的基本量和定义,通过建立等量关系或者方程组(不等式)整体代入等方法,灵活快速地完成数列题目的解答。
参考文献
高志军.浅谈运用基本量解数列题的思考策略[J].课外阅读,2011(10).
关键词:数列 基本量 思考策略
数列是高中数学一个非常重要的知识点,也是学习高等数学的基础,在高考中占有重要的地位。历年高考中一般情况下都会有一道填空题加一道解答题考查数列,分值占整个试卷的10%左右。但在实际的教学中,学生普遍反映学习数列比较困难,很难把握解答数列题目所需要的方法和技巧,而且计算量较大,很容易出错。有的学生甚至直接放弃,影响了高考数学成绩。在历年高考中学生在数列题上的失分都比较严重,但实际上,数列题的解答万变不离其宗,只要抓住等差数列或等比数列的定义,根据等差数列中的量a1、d、n、 an、Sn或等比数列的量a1 、q、 n、an、Sn ,将题目中已知的条件进行转换,转化为数列基本量a1、d ( q)之间的关系,通过具体分析计算 a1、d ( q)的量,就可以使问题得到解决。
一、树立目标意识, 运用基本量之间的关系,解答数列题
例1(2009江苏卷)设{an}是公比为q的等比数列, q>1,令bn=an+1(n=1,2,…) 。若数列{bn}有连续四项在集合 {-53,-23,19,37,82}中,则6q = 。
【思考】本题明确{an}是公比为q的等比数列,且q>1,给出了{an}和{bn}的关系 ,bn=an+1(n=1,2,…),而且数列 {bn}有连续四项在集合{-53,-23,19,37,82}中,我们就可以利用 已知条件,回归到等比数列的通项公式和定义,求出{an}的连续四项,进而求出公比q,问题就非常简单了。
解:题目已知条件bn=an+1(n=1,2,…),且{bn}有连续四项在集合{-53,-23,19,37,82}中。那么,可以得出an=bn-1(n=1,2,…)的四项在{-54,-24,18,36,81}中。
因为{an}是公比为q的等比数列,且q>1,所以 {an}的连续四项为-24,36,-54,81,即可求出公比q。
则6q=-9。
例2(2004江苏卷) 设无穷等差数列{an}的前n项和为Sn。若首项a1= ,公差d=1,求满足S=(Sk)2 的正整数k 。
【思考】题目中已经给出等差数列的基本量首项a1=,公差d=1,就可以将等差数列的求和公式Sn= na1+d与 S =(Sk)2 联系起来,从而建立等量关系求解。
解:由已知条件,当a1=,d=1时,
Sn= na1+d = n+ = n2+n,
因为S=(Sk)2 ,所以得k4+k2= (k2+k)2,
即 k3(k-1)=0,
又k≠0,所以k=4。
找到等差数列或等比数列的基本量是解答数列题经常使用的方法。题目涉及有关数列的基本量,就应该从等差数列或等比数列的定义出发,用基本量去表示数列的其他项,再结合已知条件,即可找到问题的解答方法。
二、通过解方程组(不等式)求出数列基本量或确定基本量的约束条件进行解答
例3(2008江苏卷) 设a1,a2,…,an是各项不为零的等差数列(n≥4 ),且公差d≠0。若将此数列删去某一项得到的数列(按原来的顺序)是等比数列,求:
(1)当n=4时,求的数值;(2)求n的所有可能值。
【思考】题目已知{an}是各项不为零的等差数列(n≥4 ),且公差d≠0,可以根据已知条件建立基本量的约束关系来进行求解。
解:(1)当n=4时, a1,a2,a3,a4中不可能删去首项或末项,否则等差数列中连续三项成等比数列,则推出d=0 。
若删去a2,则a32=a1·a4,即(a1+2d)2=a1·(a1+3d),化简得a1+4d=0,得 =-4;
若删去a3,则a22=a1·a4,即 (a1+d)2=a1·(a1+3d),化简得a1-d=0,得 =1;
综上得=-4或=1。
(2)当n=5时, a1,a2,a3,a4,a5中同样不可能删去a1,a2,a4,a5,否则出现连续三项,推出 d=0。若删去a3,则a1·a5=a2·a4,即a1(a1+4d)=(a1+d)·(a1+3d),化简得3d2=0,因为d≠0所以a3不能删去,所以n≠5;
当n>5 时,不存在这样的等差数列。事实上,在数列 a1,a2,a3,…,an-2,an-1,an中,由于不能删去首项或末项,若删去a2,则必有an-3·an=an-1·an-2,这与d≠0矛盾;同样若删去an-1,也有a1·a4=a2·a3,这与d≠0矛盾;若删去a3,…,an-2中的任意一个,则必有a1·an=a2·an-1,这与d≠0矛盾(或者说,当 n≥6时,无论删去哪一项,剩余的项中必有连续的三项)。
综上所述, n=4。
例4(2010浙江卷) 设a1和d为实数,首项为a1,公差为 d的等差数列{an}的前n项和为Sn,满足S5 S6+15=0,求:
(1)若S5=5,求S6及a1 ; (2)d的取值范围。
【思考】根据已知条件,建立方程组,简化各种量之间的关系。求解(1)、(2)的关键是用方程的眼光看待2a12+9da1+10d2+1=0(同样可以求出 范围)。 解:(1)由题意知S6=-3 ,所以a6=S6-S5=-8,
所以5a1+10d=5a1+5d=-8解得a1=7,所以S6=-3,a1=7。
(2)因为S5S6 +15=0,
所以(5a1+10d)(6a1+15d)+15=0,
即 2a12 +9da1+10d2+1=0可以看成关于a1的一元二次不等式,所对应的方程一定有解(a1存在)。
所以△=(9d)2-4×2×(10d2+1)≥0 ,
故d的取值范围为d≥2或d≤-2。
这类题目首先要根据题目中的已知条件,通过建立方程组(不等式)求解出等差数列或等比数列的基本量或建立基本量的约束条件,再根据实际的情况和要求去进行解答即可。
三、从整体结构把握数列基本量之间的关系,寻找解题方法
例5(2006江苏卷) 设数列{an}、 {bn}、 {cn}满足:bn=an-an+2,cn=an+2an+1+3an+2(n=1,2,3,… ) 。
求证{an}为等差数列的充分必要条件是{cn}为等差数列且bn≤bn+1(n=1,2,3,… )。
【思考】本题明确给出数列{an}、 {bn}、 {cn}之间的关系,要证明{an}为等差数列的充分必要条件是{cn}为等差数列且bn≤bn+1(n=1,2,3,… ) ,可以分步化解,回归到等差数列的基本定义,通过建立数列{an}、 {bn}、 {cn}的等量关系来进行解答。
证明:
必要性:设{an}是公差为d1的等差数列,则
bn+1-bn=(an+1-an+3) -(an-an+2)=(an+1-an)-(an+3-an+2)
=d1-d1=0,
所以bn≤bn+1(n=1,2,3,… ) 成立,
又cn+1-cn=(an+1-an)+2(an+2-an+1)+3(an+3-an+2)
=d1+2d1+3d1 =6d1(常数)(n=1,2,3,… ),
所以数列{cn}为等差数列。
充分性:设数列{cn}是公差为d2的等差数列,且bn≤bn+1(n=1,2,3,… ) ,
因为cn=an+2an+1+3an+2, ①
所以cn+2 =an+2 +2an+3+3an+4, ②
①-②得
cn-cn+2 =(an-an+2)+2(an+1-an+3)+3(an+2-an+4)=bn+2bn+1+3bn+2,
因为cn-cn+2 =(cn-cn+1)+(cn+1-cn+2)=-2d2,
所以bn+2bn+1+3bn+2=-2d2, ③
从而有bn+1+2bn+2+3bn+3=-2d2, ④
④-③得
(bn+1-bn)+2(bn+2-bn+1)+3(bn+3-bn+2)=0, ⑤
因为bn+1-bn≥0,bn+2-bn+1≥0,bn+3-bn+2 ≥0,
所以由⑤得bn+1-bn≥0(n=1,2,3,… ),
由此不妨设bn=d3(n=1,2,3,… ),则an-an+2=d3(常数),
由此 cn=an+2an+1+3an+2 =4an+2an+1-3d3, ⑥
从而有 cn+1 =4an+1+2an+2 -3d3=4an+1+2an-5d3 , ⑦
⑦-⑥得: cn+1-cn=2(an+1-an) -2d3,
因此an+1-an=(cn+1-cn)+d3=d2+d3(常数)(n=1,2,3,… ) ,
所以数列{an}是等差数列。
综上所述:{an}为等差数列的充分必要条件是{cn}为等差数列且bn≤bn+1(n=1,2,3,… )。
例6(2010年江苏卷) 设各项均为正数的数列{an}的前n项和为Sn,已知2a2=a1+a3,数列 是公差为d的等差数列,求数列{an}的通项公式(用n,d表示)。
【思考】根据已知条件,将重新看作等差数列,根据等差数列的定义和基本特点,结合题目中的条件建立等量关系,就可以快速解答。
解:因为是等差数列,所以2=+, 又2a2=a1+a3,所以2=+,
平方得3a1+a2=2,即 (-)2=0,所以,a2=3a1,
所以d=-=2-=,即=d ,
所以=+(n-1)d=nd,Sn= n2d2,
n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2d2-(n-1)2d2=(2n-1)d2,
且对n=1成立,所以an=(2n-1)d2。
整体思想是数列中比较常用的方法,在某一类题目中,不需要直接求出等差数列或等比数列中的基本量,只需将基本量之间的关系式整体代入复杂的结构中,把数列的复合基本量作为一个整体,列出方程或方程组,从而简化结构;或者通过变形把具有复杂结构的新数列转化为等差数列或等比数列,再根据等差数列或等比数列的定义和基本特点进行解答,这种思想在高考中经常出现。
四、结束语
数列一直是高考考查的重点内容,而且有关数列的试题经常是综合性试题,一方面考查等差数列、等比数列的基础知识和基本技能,另一方面还和函数、不等式、方程、解析几何、立体几何等相关内容交汇在一起,并加以导数和向量等新增内容,使数列题有了相当大的扩展面。数列题中会涉及函数与方程、转化与归纳、分类讨论等重要思想,以及配方法、换元法、待定系数法等基本数学方法,但所有这些,要尽量回归本质,牢牢掌握数列的定义、性质和公式。在解答时,充分利用数列的基本量和定义,通过建立等量关系或者方程组(不等式)整体代入等方法,灵活快速地完成数列题目的解答。
参考文献
高志军.浅谈运用基本量解数列题的思考策略[J].课外阅读,2011(10).