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第四章 数列
4.2 等差数列
4.2.1等差数列的概念(第1课时 )
教学目标
学习目标 数学素养
1.理解等差数列、等差中项的概念. 1.数学抽象素养和逻辑推理素养.
2.掌握等差数列的通项公式,并会求简单等差数列通项公式. 2.逻辑推理素养和数学运算素养.
温故知新
1.数列的概念
把按照确定的顺序排列的一列数称为数列.
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,其自变量是序号n,对应的函数值是数列的第n项an,记为an=f(n).
2.数列的通项公式
3.数列的递推公式
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.
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.
如果一个数列的相邻两项或多项之间的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递推公式.
知道了首项或前几项以及递推公式,就能求出数列的每一项了.
新知引入
我们知道,数列是一种特殊的函数.在函数的研究中,我们在理解了函数的一般概念,了解了函数变化规律的研究内容(如单调性、奇偶性等)后,通过研究基本初等函数,不仅加深了对函数的理解,而且掌握了幂函数、指数函数、对数函数、三角函数等非常有用的函数模型.
类似地,在了解了数列的一般概念后,我们要研究一些具有特殊变化规律的数列,建立它们的通项公式和前n项和公式,并运用它们解决实际问题和数学问题,从中感受数学模型的现实意义与应用.
下面,我们从一类取值规律比较简单的数列入手.
新知探究
请看下面几个问题中的数列.
1.北京天坛圜丘坛的地面由石板铺成,最中间是圆形的天心石,围绕天心石的是9圈扇环形的石板,从内到外各圈的石板数依次为
9,18,27,36,45,54,63,72,81. ①
新知探究
2.S,M,L,XL,XXL,XXXL型号的女装上衣对应的尺码分别是
38,40,42,44,46,48. ②
知新探究
3.测量某地垂直地面方向上海拔500米以下的大气温度,得到从距离地面20米起每升高100米处的大气温度(单位:°C )依次为
25.0,24.4,23.8,23.2,22.6. ③
4.某人向银行贷款a万元,贷款时间为n年.如果个人贷款月利率为r,那么按照等额本金方式还款,他从某月开始,每月应还本金b(=)万元,每月支付给银行的利息(单位:万元)依次为:
ar,ar-br,ar-2br,ar-3br,... ④
如果按月还款,等额本金还款方式的计算公式是
每月归还本金=贷款总额÷贷款期总月数,
利息部分=(贷款总额-已归还本金累计额)×月利率.
知新探究
在代数的学习中,我们常常通过运算发现规律.例如,在指数函数的学习中,我们通过运算发现了A,B两地旅游人数的变化规律.类似地,你能通过运算发现以上数列的取值规律吗?
9,18,27,36,45,54,63,72,81. ①
38,40,42,44,46,48. ②
25.0,24.4,23.8,23.2,22.6. ③
ar,ar-br,ar-2br,ar-3br,... ④
对于①,我们发现 18=9+9,27=18+9....81=72+9,
换一种写法,就是 18-9=9,27-18=9....81-72=9.
如果用{an}表示数列①,那么有
a2-a1=9,a3-a2=9,……,a9-a8=9.
改变表达方式使数列的取值规律更突出了.
这表明,数列①有这样的取值规律:从第2项起,每一项与它的前一项的差都等于同一个常数.
数列②~④也有这样的取值规律.
知新探究
请大家说一说①,②,③,④这四个例子的公差分别是多少?
⑴公差d是由后项减前项所得,不能用前项减后项来求.
d =a2-a1=a3-a2=…=an-an-1(n≥2).
⑵等差数列的符号语言:an-an-1 = d (d是常数,n≥2,)
⑶当d=0,则该数列为常数列;
当d>0时,等差数列是一个单调递增数列;
一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列(arithmetic progression). 这个常数叫做等差数列的公差(common difference),通常用字母d表示.
注意:
(是常数,)
当d<0时,等差数列是一个单调递减数列.
知新探究
观察如下几组数,在两数中插入什么数后,三个数就会成为一个等差数列?
①-1, ,9;②6, ,6;③0, ,4
由三个数a,A,b组成的等差数列可以看成是最简单的等差数列.这时,A叫做a与b的等差中项(arithmetic mean).
根据等差数列的定义可以知道,2A=a+b或A=.
4
6
2
在日常生活中,人们常常用到等差数列.例如,在给各种产品的尺寸划分级别时,当其中的最大尺寸和最小尺寸相差不大时,常按照等差数列进行分级(如前面例子中的上衣尺码).你能举出一些例子吗?
知新探究
方法1:设一个等差数列{an}的首项为a1,公差为d.根据等差数列的定义,可得
an+1-an=d,
∴a2-a1=d,a3-a2=d,a4-a3=d,……,an-an-1=d,
于是a2=a1+d,
a3=a2+d=(a1+d)+d=a1+2d,
a4=a3+d=(a1+2d)+d=a1+3d,
你能根据等差数列的定义推导它的通项公式吗
an+1-an=d是等差数列{an}的递推公式.
……
归纳可得an=a1+(n-1)d(n≥2).
当n=1时,上式为a1=a1+(1-1)d=a1.这就是说,上式当n=1时也成立.
知新探究
方法2:设一个等差数列{an}的首项为a1,公差为d.根据等差数列的定义,可得
an+1-an=d,
∴(a2-a1)+(a3-a2)+(a4-a3)+…+(an-an-1)=d+d+d+…+d(n≥2),
即an-a1=(n-1)d,
你能根据等差数列的定义推导它的通项公式吗
∴an=a1+(n-1)d.
∴an=a1+(n-1)d(n≥2).
当n=1时,上式为a1=a1+(1-1)d=a1.这就是说,上式当n=1时也成立.
知新探究
an=a1+(n-1)d.
因此,首项为a1,公差为d的等差数列{an}的通项公式为
由于an=a1+(n-1)d=dn+(a1-d),所以当d≠0时,等差数列{an}的第n项an是一次函数f(x)=dx+(a1-d)(x∈R)当x=n时的函数值,即an=f(n).
在平面直角坐标系中画出函数f(x)=dx+(a1-d)的图象,就得到一条斜率为d,截距为a1-d的直线.在这条直线上描出点(1,f(1)),(2,f(2)),…,(n,f(n)),…,就得到了等差数列{an}的图象.事实上,公差d≠0的等差数列{an}的图象是点(n,an)组成的集合,这些点均匀分布在直线f(x)=dx+(a1-d)上.d>0,a1-d>0的情形如图所示.
反之,任给函数f(x)=kx+b(k、b为常数),构成一个等差数列{kn+b},其首项为(k+b),公差为k.
观察等差数列的通项公式,你认为它与我们熟悉的哪一类函数有关
知新探究
an=a1+(n-1)d.
因此,首项为a1,公差为d的等差数列{an}的通项公式为
①通项公式由首项a1和公差d完全确定,一旦一个等差数列的首项和公差确定,该等差数列就唯一确定了.
②通项公式中共涉及a1、d、n、an四个量,可“知三求一”.
③d≠0时,an=dn+(a1-d)可看成an关于n的一次函数(形式: an=kn+b).
d>0时,{an}是递增数列;d<0时,{an}是递减数列;d=0时,{an}是常数列.
思考题:已知数列{an}的通项公式为an=pn+q,其中p,q为常数,那么这个数列一定是等差数列吗?
解:
当n≥2时,
an-an-1=(pn+q)-[p(n-1)+q]=pn+q-pn+p-q
=p,
∴{an}是等差数列.
知新探究
【例1】⑴已知等差数列{an}的通项公式an=5-2n,求数列{an}的公差和首项;
⑵求等差数列 8,5,2,…的第20项.
解:
⑴方法1:设等差数列{an}的公差为d,
∵an=5-2n,
∴数列{an}的首项为3,公差为-2.
方法2:由等差数列{an}的通项公式an=5-2n,得
当n≥2时,an-1=5-2(n-1)=7-2n,
∴a1=3,a2=1,d=a2-a1=-2.
∴d=an-an-1=(5-2n)-(7-2n)=-2,
∴数列{an}的首项为3,公差为-2.
分析:⑴已知等差数列{an}的通项公式,只要根据等差数列的定义,由an-an-1=d即可求出公差d;
把n=1代入an=5-2n,得a1=3,
知新探究
【例1】⑴已知等差数列{an}的通项公式an=5-2n,求数列{an}的公差和首项;
⑵求等差数列 8,5,2,…的第20项.
解:
⑵设等差数列的公差为d,
由已知条件,得d=5-8=-3,
把a1=8,d=-3代入an=a1+(n-1)d,得
a20=11-3×20=-49,
an=8-3(n-1)=11-3n,
∴这个数列的第20项为-49.
分析:⑵可以根据数列的两个已知项求出通项公式,再利用通项公式求数列的第20项.
把n=20代入上式,得
初试身手
⑴由a2=-4,a11=14及等差数列的通项公式,得
a1+d=-4,a1+10d=14,
1.⑴已知在等差数列{an}中,a2=-4,a11=14,求首项a1与d.
⑵已知在等差数列{an}中,a1+a6=12,a4=8,求数列{an}的第12项.
联立解得a1=-6,d=2.
⑵ 由a1+a6=12,a4=8及等差数列的通项公式,得
解:
.
∴数列{an}的通项公式是an=-4+4(n-1)=4n-8.
解得.
把n=12代入上式,得
a12=4×12-8=40,
∴数列{an}的第12项为40.
知新探究
【例2】-401是不是等差数列-5,一9,-13,…的项 如果是,是第几项
解:
由a1=-5,d=-9-(-5)=-4,得这个数列的通项公式为
an=-5-4(n-1)=-4n-1,
令 -4n-1=-401,
解这个关于n的方程,得
∴-401是这个数列的项,是第100项.
分析:先求出数列的通项公式,它是一个关于n的方程,再看-401是否能使这个方程有正整数解.
n=100
初试身手
⑴设等差数列{an}的公差为d,
∵a1=,a4+a5=,
2.在等差数列{an}中,已知a1=,a4+a5=,ak=33,则k=( )
A.50 B.49 C.48 D.47
∴,
解:
∴.
故选A.
解得 d=.
∴,
解得k=50,
A
知新探究
【例3】已知单调递增的等差数列{an}的前三项之和为21,前三项之积为231,求数列{an}的通项公式.
解:
由等差数列{an}的前三项之和为21,可得a2=7,
又{an}是单调递增的等差数列,可设第1项和第3项分别为7-d,7+d(d>0),
又由前三项之积为231,得
∴d=4,a1=7-4=3,an=3+4(n-1)=4n-1,
7(7-d)(7+d)=231,
∴数列{an}的通项公式为an=4n-1.
分析:由等差数列的定义可知,第2项是第1项和第3项的等差中项,即a1+a3=2a2,又前三项之和为21,所以3a2=21,a2=7,可设第1项和第3项分别为7-d,7+d,然后求解.
解得 d=4或d=-4(舍去)
初试身手
⑴由三个数成等差数列,它们的和为18,可得第2个数为6,
可设第1个数和第3个数分别为6-d,6+d,
3.⑴三个数成等差数列,它们的和为18,它们的平方和为116,求这三个数.
⑵已知四个数成等差数列,它们的和为28,中间两项的积为40,求这四个数.
又它们的平方和为116,
解:
∴(6-d)2+36+(6+d)2=116.
∴这三个数为4,6,8或8,6,4.
解得 d=2或d=-2.
初试身手
⑵由四个数成等差数列,它们的和为28,
可设这四个数分别为7-3d,7-d,7+d,7+3d,
3.⑴三个数成等差数列,它们的和为18,它们的平方和为116,求这三个数.
⑵已知四个数成等差数列,它们的和为28,中间两项的积为40,求这四个数.
又中间两项的积为40,
解:
∴(7-d)(7+d)=40.
∴这四个数为-2,4,10,16或16,10,4,-2.
解得 d=3或d=-3.
课堂小结
1.等差数列的概念
一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列. 这个常数叫做等差数列的公差通常用字母d表示.
2.等差中项
等差数列的符号语言:an-an-1 = d (d是常数,n≥2,)
由三个数a,A,b组成的等差数列可以看成是最简单的等差数列.这时,A叫做a与b的等差中项.
2A=a+b或A=.
3.等差数列的通项公式
an=a1+(n-1)d.
首项为a1,公差为d的等差数列{an}的通项公式为
作业布置
作业: P15 练习 第4,5题
P25 习题4.2 第2题.
补充:
1.在等差数列{an}中,a3=9,a9=3求数列{an}的通项公式.
2.已知成等差数列的四个数的和为26,第二个数与第三个数的积为40,求这个数列.
3.已知a>0,b>0,2a=3b=m,且a,ab,b成等差数列,求m的值.
尽情享受学习数学的快乐吧!
我们下节课再见!
谢谢
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