第四章 数列
《4.1数列的概念》教学设计
第1课时
1.通过日常生活中的实例,了解数列的概念和表示方法(表格、图象、通项公式).
2.了解数列是一种特殊函数.
教学重点:数列的概念和表示方法.
教学难点:数列的函数特征.
PPT课件.
【导入新课】
问题1:阅读课本第1页,回答下列问题:
(1)本章将要探究哪类问题?
(2)本章要探究的对象在高中的地位是怎样的?
(3)贯穿本章的一条主线是什么?目标是什么?
师生活动:学生带着问题阅读课本,老师指导学生概括总结章引言的内容.
预设的答案:(1)本章我们将学习数列的概念和表示方法,并研究两类特殊的数列-等差数列和等比数列,探索它们的取值规律,建立它们的通项公式、前n项和公式,并应用它们解决一些问题.(2)数列无论在理论研究还是在实际应用中都非常重要.我们将把数列看成一类特殊的函数,并用函数的思想方法研究数列.我们还将学习数学归纳法,这是一种证明与正整数有关的数学命题的特殊方法.(3)贯穿本章的一条主线是数列的函数特性以及函数与方程思想.在本章的学习中,我们可以体验通过数学抽象获得一个数学对象,并通过数学运算、逻辑推理等进行研究的过程和方法;通过建立数学模型刻画具有递推规律的事物,提高解决实际问题的能力.通过本章的学习,学生的数学抽象、数学运算、逻辑推理和数学建模素养都将得到进一步提升.
设计意图:通过章引言的学习,让学生明晰下一阶段的学习目标,初步构建学习内容的思维框架.
【思考】从章头图中你能看出什么?寓意是什么?
师生活动:学生思考后回答.教师完善.
预设的答案:本章章头图的背景是辽阔而波涛汹涌的大海以及远处的灯塔,象征数学是指引人类文明进步的“灯塔”,沙滩上画出的是毕达哥拉斯学派研究三角形数、正方形数和五边形数时的图形,仿佛古希腊的数学家们正凝视着这些数列,试图发现其中蕴含的规律.
【新知探究】
1.问题情景
(1)王芳从一岁到17岁,每年生日那天测量身高,将这些身高数据(单位:厘米)依次排成一列数:75,87,96,103,110,116,120,128,138,145,153,158,160,162,163,165,168 ①
问题2:这列数中第1,4个数的实际意义是什么?
师生活动:学生回答,教师归纳.
预设的答案:第1个数表示王芳在1岁生日那天的身高是75cm,第4个数表示王芳在4岁生日那天的身高是103cm.这些数是具有确定的顺序的,每个位置上的数都有其特定的意义.
追问:能否引入一个符号,表示上面这列数中的每个数?
师生活动:学生思考后作答,教师归纳.
教师归纳:既然这列数中的每一个数的值与排列顺序中的序号有关,我们可以引入一个与序号相关的符号来表示这列数中的数.记王芳第i岁的身高为,那么我们发现中的i反映了身高按岁数从1到17的顺序排列时的确定位置,即是排在第1位的数,是排在第2位的数,…,是排在第17位的数,它们之间不能交换位置,所以①具有确定顺序的一列数.
设计意图:通过用数字符号表示实例中的数,使学生认识到实例中的数是具有确定顺序的一列数.
(2)在两河流域发掘的一块泥板(编号K90,约生产于公元前7世纪)上,有一列依次表示一个月中从第1天到第15天,每天月亮可见部分的数:
5,10,20,40,80,96,112,128,144,160,176,192,208,224,240. ②
问题3:这列数中第5,9个数的实际意义是什么?
师生活动:学生回答,教师归纳.
预设的答案:第5个数表示第5天月亮可见部分的数为80,第9个数表示第9天月亮可见部分的数为144.这些数是具有确定的顺序的,每个位置上的数都有其特定的意义.
追问:能否引入一个符号,表示上面这列数中的每个数?
师生活动:学生思考后作答,教师归纳.
教师归纳:既然这列数中的每一个数的值与排列顺序中的序号有关,我们可以引入一个与序号相关的符号来表示这列数中的数.记第i天月亮可见部分的数为,那么.这里,中的i反映了月亮可见部分的数按日期从1~15顺序排列时的确定位置,即是排在第1位的数,是排在第2位的数,…,是排在第15位的数,它们之间不能交换位置,所以,②也是具有确定顺序的一列数.
设计意图:通过用数字符号表示实例中的数,使学生认识到实例中的数是具有确定顺序的一列数.
(3)的n次幂按1次幂、2次幂、3次幂、4次幂……依次排成一列数:
,,,,…③
问题4:你能仿照前面的叙述,说明③也是具有确定顺序的一列数吗?
师生活动:学生回答,教师总结,强调每个数与位置的关系.
设计意图:前两例是带有实际意义的问题,第③列数撇开实际背景,让学生认识数学中的数列,学生通过仿照前面用数学符号表示数列并进行分析的过程,进一步认识数列是具有确定顺序的一列数.
问题5:上面三个例子的共同特征是什么?
师生活动:学生讨论交流,教师总结讲解.
知识点1:数列
(1)一般地,我们把按照确定的顺序排列的一列数称为数列.
(2)数列中的每一个数叫做这个数列的项.数列的第一个位置上的数叫做这个数列的第1项,常用符号a1表示;第二个位置上的数叫做这个数列的第2项,用a2表示……第n个位置上的数叫做这个数列的第n项,用an表示.其中第1项也叫做首项.
(3)数列的一般形式是a1,a2,…,an,…,简记为{an}.
设计意图:让学生在具体的实例基础上进行抽象概括,体会数列的概念及一般形式的合理性.
问题6:数列1,2,3与数列3,2,1是不是相同的数列?
师生活动:学生回答.
预设的答案:数列是按一定的“顺序”排列的一列数,有序性是数列的基本属性.数相同而顺序不同的两个数列是不相同的数列.
设计意图:让学生进一步体会数列是与顺序有关的.
问题7:符号{an}和an是否相同?
师生活动:学生回答.
预设的答案:符号{an}和an是不同的概念,{an}表示一个数列,而an表示数列中的第n项.
设计意图:让学生注意区分符号{an}和an是不同的.
问题8:(1)从给出的具体例子中你能发现数列与函数的联系吗?
(2)数列能否看作是一个函数?如果能,数列的定义域又有怎样的特点?
师生活动:在学生回答的基础上,教师引导学生对照教科书中的表述,理解数列是特殊的函数.
设计意图:通过这个问题,引导学生思考数列与函数之间的关系.
知识点2:数列与函数
数列{an}是从正整数集N*(或它的有限子集{1,2,…,n})到实数集R的函数,其自变是序号n,对应的函数值是数列的第n项an,记为an=f(n).
另一方面,对于函数y=f(x),如果f(n)(n∈N*)有意义,那么f(1),f(2),…,f(n),…,构成了一个数列{f(n)}.
与其它函数一样,数列也可以用表格和图象来表示:如数列①可用表格和图象分别表示如下:
设计意图:通过数列概念的解读,并与函数概念的比较,深化对数列概念的理解.发展学生数学抽象、逻辑推理和数学建模的核心素养.
问题9:数列是一种特殊的函数,那么数列也有单调性的概念吗?
师生活动:学生可以通过实例回答,教师总结.
知识点3:数列的分类
类别 含义
按项的个数 有穷数列 项数有限的数列
无穷数列 项数无限的数列
按项的变化趋势 递增数列 从第2项起,每一项都大于它的前一项的数列
递减数列 从第2项起,每一项都小于它的前一项的数列
常数列 各项相等的数列
摆动数列 从第2项起,有些项大于它的前一项,有些项小于它的前一项的数列
设计意图:让学生清楚数列可以从项数以及项与项之间的大小关系进行分类,同时理解数列也有单调性.
【练一练】下列叙述正确的是( )
A.数列,,,与,,,是相同的数列
B.数列,,,,…,可以表示为
C.数列,,,,…,是常数列
D.数列是递增数列
师生活动:学生思考后回答.
预设的答案:对于A,数列,,,与,,,不是相同的数列,故A错误;
对于B,数列,,,,…可以表示为,故B错误;
对于C,数列,,,,…是摆动数列,故C错误;
对于D,数列是递增数列,故D正确.
故选D.
知识点4:数列的通项公式
如果数列{an}的第n项an与它的序号n之间的对应关系可以用一个式子来表示,那么这个式子叫做这个数列的通项公式.如数列③的通项公式为.显然,通项公式就是数列的函数解析式,根据通项公式可以写出数列的各项.
教师归纳:(1)数列的通项公式实际上是一个以正整数集N*(或它的有限子集){1,2,…,n}为定义域的函数表达式.
(2)并不是所有的数列都有通项公式.
(3)同一数列的通项公式,其表达形式可以是不唯一的,例如数列-1,1,-1,1,-1,1,…,的通项公式可以写成an=(-1)n,an=(-1)n+2,an=cosnπ等.
设计意图:让学生进一步理解数列与函数一样可以有三种表示方法,加深学生对数列概念的理解和运用,发展学生逻辑推理,直观想象、数学抽象和数学运算的核心素养.
【练一练】若数列{an}的通项公式是an=n2-1,则该数列的第10项a10=_______,224是该数列的第_______项.
师生活动:学生思考后回答.
预设的答案:a10=102-1=99.令an=n2-1=224,解得n=15,即224是该数列的第15项.
【巩固练习】
例1根据下列数列{an}的通项公式,写出数列的前5项,并画出它们的图像.
(1),(2).
师生活动:学生计算、画图,并判断数列的单调性,教师给出规范解答.
预设的答案:(1)当通项公式中的n=1,2,3,4,5时,数列{an}的前5项依次为1,3,6,10,15;如图所示(1).
(2)当通项公式中的n=1,2,3,4,5 时,数列{an}的前5项依次为1,0,-1,0,1;如图所示(2).
设计意图:通过对通项公式的直接运用,并要求学生描点作图,使学生从通项公式、表格和图象三个角度认识数列.
例2.根据数列的前4项,写出下列数列的一个通项公式:
(1);
(2);
(3)1,-3,5,-7,9,…;
(4);
(5)9,99,999,9 999,…;
(6).
师生活动:学生分组讨论,派代表回答.教师给出规范解答.
预设的答案:(1)这个数列的前4项的绝对值都是序号的倒数,并且奇数项为正,偶数项为负,所以它的一个通项公式为;
(2)这个数列前4项的奇数项是2,偶数项是0,所以它的一个通项公式为;
(3)数列各项的绝对值分别为1,3,5,7,9,…是连续的正奇数,其通项公式为2n-1;考虑(-1)n+1具有转换符号的作用,所以数列的一个通项公式为;
(4)数列的项有的是分数,有的是整数,可先将各项都统一成分数再观察所以它的一个通项公式为;
(5)各项加1后,分别变为10,100,1000,10000,…,此数列的通项公式为10n,可得原数列的一个通项公式为;
(6)数列中每一项均由三部分组成,分母是从1开始的奇数列,其通项公式为2n-1;分子的前一部分是从2开始的自然数的平方,其通项公式为(n+1)2,分子的后一部分是减去一个自然数,其通项公式为n,综合得原数列的一个通项公式为.
设计意图:让学生体会从数列的具体项归纳通项公式的基本方法,认识到得到的通项公式不是唯一的.如(2)的通项公式也可以写成.通过典型例题,发展学生逻辑推理,直观想象、数学抽象和数学运算的核心素养.
方法总结:
1.根据数列的前几项写通项公式的具体思路为:
(1)先统一项的结构,如都化成分数、根式等.
(2)分析这一结构中变化的部分与不变的部分,探索变化部分的规律与对应序号间的关系.
(3)对于符号交替出现的情况,可先观察其绝对值,再用或处理符号.或常常用来表示正负相间的变化规律.
(4)对于周期出现的数列,考虑利用周期函数的知识解答.
2.常见数列的通项公式
(1)数列-1,1,-1,1,…,的一个通项公式是,数列1,-1,1,-1,…,的一个通项公式是或.
(2)数列1,2,3,4,…的一个通项公式是an =n.
(3)数列1,3,5,7,…的一个通项公式是an=2n-1.
(4)数列2,4,6,8,…的一个通项公式是an=2n.
(5)数列1,2,4,8,…的一个通项公式是an=2n-1.
(6)数列1,4,9,16,…的一个通项公式是an=n2.
(7)数列1,3,6,10,…的一个通项公式是.
(8)数列,…,的一个通项公式是.
练习:教科书P5页练习1、2、3、4、5.
【课堂总结】
1.板书设计:
4.1数列的概念
二、新知探究 三、巩固练习
1.数列的概念 例1
知识点1: 例2
2.数列与函数
知识讲解2:
3.数列的分类
知识点3:
4.数列的通项公式
知识点4:
2.总结概括:
数列的概念与表示
师生活动:学生总结,老师适当补充.
设计意图:通过总结,让学生进一步巩固本节所学内容,提高概括能力.
3.课堂作业:教科书P8-9习题4.1第1~3题.
【目标检测设计】
1.下列数列既是递增数列,又是无穷数列的是( )
A.1,2,3,…,20
B.-1,-2,-3,…,-n,…
C.1,2,3,2,5,6,…
D.-1,0,1,2,…,100,…
设计意图:让学生进一步了解递增数列和无穷数列的定义.
2. 观察图中5个图形的相应小圆圈的个数的变化规律,猜想第n个图中有_______小圆圈.
设计意图:让学生学会仔细观察每个图形中圆圈的个数与对应顺序之间的关系,从而归纳出第n个图形中小圆圈的个数.
3.已知数列{an}的通项公式为an=log3(2n+1),则a3=_______.
设计意图:让学生学会根据通项公式求具体项.
4.已知数列,…,则5是该数列的第_______项.
设计意图:让学生学会根据前几项归纳猜想数列的通项公式.
参考答案:1.D 2. n2-n+1 3. 2 4. 19