百科知识

待定系数法求通项例题,带你一步步掌握这个超实用的数学方法

数列作为高中数学的核心组成部分,其重要性和作用表现在多个层面:

(1)数列可以视为一种特殊的函数形式,它与函数知识既有紧密联系,又极大地拓展了函数的内涵。通过本章的学习,学生能够深入理解数列与函数的共通之处以及差异性,从而体会数学知识的整体性和统一性;

(2)数列在现实生活中具有广泛的应用价值,是描述自然规律的重要数学模型。例如,在储蓄计算、分期付款等实际场景中都需要运用数列知识,学习数列有助于培养学生的数学建模能力,提升应用数学解决实际问题的意识;

(3)通过本章内容的学习,学生能够进一步提升数学抽象能力、逻辑推理能力、数学建模能力和数学运算能力等数学核心素养,从而全面提高数学学习水平。

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二、本章的核心学习内容主要包括:

8个基础概念:数列的定义、数列的通项公式、数列的递推公式、数列的前n项和、等差数列、等差中项、等比数列、等比中项;

4个关键公式:等差数列的通项公式、等差数列的前n项和公式、等比数列的通项公式、等比数列的前n项和公式;

5种重要关系:数列与函数之间的联系、等差数列与一次函数的对应关系、等比数列与指数函数的关联、数列前n项和与通项公式的关系、数列递推公式与通项公式的转化关系;

12种重要方法:累加法、累乘法、迭代法、构造法、基本量法、性质法、分组求和法、并项求和法、裂项相消求和法、倒序相加法、错位相减求和法、数学归纳法。

三、核心思想方法总结

1,函数与方程的思想方法

由于数列可以理解为定义域为正整数集或其有限子集的函数在自变量逐次递增时对应的函数值序列,因此在处理某些数列问题时,运用函数思想能够帮助理解问题本质并简化运算过程。例如,在求解等差数列前n项和的最值时,通过构建二次函数模型可以使问题变得直观且简洁。此外,在确定等差数列或等比数列的基本量(首项a1与公差d或公比q)时,通常需要构建关于这些基本量的方程(组)。

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2,分类与整合的思想方法

在解决数列中的某些问题时,常常需要运用分类与整合的思想方法。例如,在应用等比数列前n项和公式时,如果公比q的取值未知,则需要对q是否等于1进行分类讨论;在由Sn求an时,需要区分n=1和n≥2两种情况分别讨论;在求解某些数列的前n项和时,也需要对n进行分类讨论。通过合理的分类讨论,可以将复杂问题分解为若干个简单问题,在解题过程中需要特别注意分类标准的科学性与合理性。

3,化归与转化的思想方法

化归与转化的思想方法是指将陌生、复杂的数学问题转化为熟悉、简单的数学问题的一种重要思想方法。这种方法在解决两类递推数列问题时尤为有效,由于这类问题在高考中频繁出现,因此熟练掌握化归与转化的思想方法对于数学学习至关重要。

4,数形结合的思想方法

在研究等差数列和等比数列的通项公式以及前n项和Sn时,有时需要借助图形直观地分析它们的最值和单调性等性质。

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四、专题内容归纳总结

1,求数列的通项公式

a,观察法:通过观察分析给定数列前几项的规律,找出项与其序号之间的关系,从而归纳出数列的通项公式。

b,由Sn与an的关系推导数列的通项公式

通过Sn与an建立的递推关系式,求解数列通项公式的具体方法有两种:

(1)利用an=S1(当n=1时);an=Sn-Sn-1(当n≥2时)

通过消去Sn,建立关于an的递推关系式,并求解an;

(2)利用an=Sn-Sn-1(当n≥2时)代换消去an,建立关于Sn的递推关系式,先求出Sn,再求解an。

c,通过递推关系式求解数列的通项公式

求解由数列递推关系式确定的通项公式时,通常需要对递推关系式进行适当的变形,采用累加法、累乘法等方法求解通项,或者通过构造等差数列、等比数列来推导通项。常见的递推关系式类型包括:

(1)形如an+1=an+f(n)的递推关系式,求解an;

特别强调:当已知数列中相邻两项之差的递推关系式,即an+1-an=f(n)(n属于N*)时,通常采用累加法求解其通项公式。具体方法是利用恒等式an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1进行求解。

(2)形如an+1=anf(n)的递推关系式,求解an;

特别强调:当已知数列中相邻两项之商的递推关系式,即an+1/an=f(n)(n属于N*)时,通常采用累乘法求解其通项an。具体方法是利用恒等式an=an/an-1×an-1/an-2×…×a2/a1×a1进行求解。

(3)形如an+1=pan+q的递推关系式,求解an。

2,等差、等比数列的性质及其应用

等差数列和等比数列的性质主要涉及数列的单调性、最值以及数列的“阶段和”等概念。在考试中,这类问题多以选择题和填空题的形式出现,难度一般较小,但需要充分体现“小”“巧”“活”的特点。

等差数列和等比数列的性质在解题中具有广泛的应用价值。灵活、合理地运用这些性质可以显著减少运算量,使解题过程更加顺畅和简捷。在运用等比数列的相关公式时,需要注意设而不求思想和整体思想的应用,将运算与思维有机结合,从而有效提升数学运算能力。

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3,非基本数列求和的方法

a,倒序相加法

如果一个数列{an}的前n项中,首尾两端等“距离”的两项之和相等,那么可以利用倒序相加法求解该数列的前n项和。例如,等差数列的前n项和公式就是通过这种方法推导出来的。

b,分组转化法

如果一个数列的通项公式可以表示为cn=an±bn的形式,且数列{an}和{bn}是等差数列或等比数列,或者可以转化为能够求和的数列,那么可以采用分组转化法求解该数列的前n项和。

c,裂项相消法

对于通项公式经过分解后能够明显看出存在相消项的数列,在求和时通常采用“裂项相消法”。这种方法在分式求和中尤为常见。可以使用待定系数法对通项公式进行分解,在相消过程中需要注意各项的规律性,即明确哪些项需要被消去,哪些项需要保留。有时为了发现规律,可以适当增加前后的项数。

特别强调:(1)在证明一个数列为等比数列时,除了需要证明an+1=qan(n属于N*)外,还必须验证a1≠0,这是一个容易忽略的重要步骤;

(2)在利用裂项相消法求解数列和时,需要注意相消后剩余项的对称性特征,即前面保留了第几项,那么后面就应该剩下倒数第几项。根据这一规律可以判断求解结果的正确性。

d,错位相减法

如果数列{an}是等差数列,数列{bn}是等比数列,那么由这两个数列的对应项乘积构成的新数列为{anbn}。在求解该数列的前n项和时,通常可以将{anbn}的每一项乘以等比数列{bn}的公比q,然后使错位一项与{anbn}的相同项对应相减,从而转化为特殊数列的求和问题。

4,数列与其他数学知识的综合应用

数列经常与函数、不等式等数学知识相结合,解决这类综合性问题需要抓住一个核心——函数,并关注两个密切联系:一是数列与函数之间的内在联系,数列的通项公式是数列问题的核心要素,函数的解析式是研究函数问题的基本依据;二是方程、不等式与函数之间的对应关系,通过理解它们之间的相互联系,可以灵活地处理各种数学问题。

类题通法:在数列问题中,有关项或前n项和的恒成立问题通常可以转化为函数的最值问题;在求解项或前n项和的不等关系时,可以利用不等式的性质进行有效处理。