什么叫等差数列
关于等差数列,我们要注意的有以下几个问题:什么是数列,什么是等差数列,等差数列的发展历史,等差数列的常见性质,与等比数列的对比,等等。下面我们来逐一进行解说。
什么是数列
数列(sequence of number)是以正整数集(或它的有限子集)为定义域的函数,是一列有序的数。数列中的每一个数都叫做这个数列的项。排在第一位的数称为这个数列的第1项(通常也叫做首项),排在第二位的数称为这个数列的第2项,以此类推,排在第n位的数称为这个数列的第n项,通常用an表示。著名的数列有斐波那契数列,卡特兰数等。
换句话说,首先,数列是一种函数,而不是一种集合。虽然数列可以用类似集合的方式表示(如{1,2,3,4}),但是这与数集{1,2,3,4}是有本质区别的。数列与集合的区别表现在:
①数列必须满足有序性。比如说集合{1,2,3,4},它表示n=1时,an=1;n=2时,an=2,以此类推。所以它与{1,3,2,4}是两个不同的集合,二者虽然定义域值域都相同,但是对应关系不同。而{1,2,3,4}与{1,3,2,4}是同一个集合。
②数列不必满足互异性。我们知道集合的元素必须满足互异性,即任意两个元素不能够重复,而数列中的项与项之间可以相等。所以在数列中,摇摆数列,周期数列,常数列都是被允许的。如数列an=sin(nπ/2)就是一个典型的周期数列。因为数列本质上是函数,函数的因变量取值可以相等,所以数列的不同项也可以相等。
但是数列却又不同于一般的函数:
①数列的定义域只能是正整数。n可以是1,2,3,4,5,但是不可以是0,-1,-2,也不可以是0.5,1.8这样的数,而函数的定义域没有这样的限制。
②数列在几何上,表现为点集,所以数列不具有连续性,而我们接触到的函数多为连续函数,在几何上体现为曲线。
最著名的数列莫过于斐波那契数列:1,1,2,3,5,8……,即每一项都等于前两项之和。这个数列完美诠释了数列的有序性和每一项之间的可重复性。当然,这个数列是有通项公式的。
什么是等差数列
等差数列是指从第二项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数的一种数列,常用AP表示。这个常数叫做等差数列的公差,公差常用字母d表示。例如:1,3,5,7,9……2n-1。通项公式为:an=a1+(n-1)d。首项a1=1,公差d=2。(以上n均属于正整数)
这里要注意的几个问题是:
①等差数列中,一定是后项与前项的差为常数,而不是后项与前项或前项与后项的差为常数。如,1,3,1,3,1,就不是等差数列,而是摇摆数列。
②等差数列是可以用公式表示的数列。
③等差数列的公差可以为0,当且仅当公差为0时,数列不具有单调性。其他情况下,等差数列都具有单调性。
等差数列的发展历史
①其实,中国古代南北朝的张丘建早已在《张丘建算经》提到等差数列了:今有女子不善织布,逐日所织的布以同数递减,初日织五尺,末一日织一尺,计织三十日,问共织几何?书中的解法是:并初、末日织布数,半之,余以乘织讫日数,即得。这相当于给出了S(n)=n(a1+an)/2的求和公式。
②西方最著名的等差数列莫过于高斯数列。7岁那年,高斯第一次上学了。头两年没有什么特殊的事情。1787年高斯10岁,他进入了学习数学的班次,这是一个首次创办的班,孩子们在这之前都没有听说过算术这么一门课程。数学教师是布特纳(Buttner),他对高斯的成长也起了一定作用。高斯10岁时算出布特纳给学生们出的将1到100的所有整数加起来的算术题,布特纳刚叙述完题目,高斯就算出了正确答案5050,运用的就是等差数列求和公式,Sn=[n(a1+an)]/2。
等差数列的常见性质
①等差数列的前n项和求和公式:Sn=na1+[n(n-1)d]/2或Sn=[n(a1+an)]/2。
②m+n=p+q时,am+an=ap+aq。
③等差数列的前n项和可以写成Sn=an²+bn的形式。
④Sn,S2n-Sn,S3n-S2n仍然成等差数列,公差为n²d。
⑤两个等差数列{am}与{bm},其前n项和分别为Sn和Tn,则有am/bm=S(2m-1)/T(2m-1)。
⑥项数n=(an-a1)/d+1,an=a1+(n-1)d。
⑦等差中项:若a,b,c满足2b=a+c,则称b为a和c的等差中项。
与等比数列的对比
①等差数列的通项公式为an=a1+(n-1)d,等比数列的通项公式为an=a1·q^(n-1)。
②等差数列的求和公式为Sn=na1+[n(n-1)d],等比数列求和公式在q≠1时为Sn=a1(1-q^n)/(1-q)。
③等差数列的公差d没有限制,等比数列的公比q不能为0,而且公比q为1时,数列实际上成为常数列(非零常数列也是等差数列和等比数列的唯一交集),此时不能适用一般的等比数列前n项和公式,而应当直接用Sn=na1。
④等比中项:如果a,b,c满足b²=ac,则b为a,c的等比中项。显然,两个同号的数的等比中项有两个,两个异号的数没有等比中项。而任意两个实数都有等差中项。
⑤下标和公式:对于等差数列,m+n=p+q时,am+an=ap+aq;对于等比数列,若m+m=p+q,则am·an=ap·aq。
等差数列的求和公式,也叫做高斯定律。
1785年,8岁的高斯在德国农村的一所小学里念一年级。
学校的老师是城里来的。他有一个偏见,总觉得农村的孩子不如城市的孩子聪明伶俐。不过,他对孩子们的学习,还是严格要求的。他最讨厌在课堂上不专心听讲、爱做小动作的学生,常常用鞭子敲打他们。孩子们爱听他的课,因为他经常讲一些非常有趣的东西。
有一天,他出了一道算术题。他说:“你们算一算,1加2加3,一直加到100等于多少?谁算不出来,就不准回家吃饭。” 说完,他就坐在椅子上,用目光巡视着趴在桌上演算的学生。
不到一分钟的工夫,小高斯站了起来,手里举着草稿纸,说:“老师,我算出来了......”
没等小高斯说完,老师就不耐烦地说:“不对!重新再算!”
小高斯很快地检查了一遍,高声说:“老师,没错!”说着走下座位,把草稿纸伸到老师面前。
老师低头一看,只见上面端端正正地写着“5050”,不禁大吃一惊。他简直不敢相信,这样复杂的数学题,一个8岁的孩子,用不到一分钟的时间就算出了正确的得数。要知道,他自己算了一个多小时,算了三遍才把这道题算对的。他怀疑以前别人让小高斯算过这道题。就问小高斯:“你是怎么算的?”小高斯回答说:“我并不是按照1、2、3的次序一个一个往上加的。老师,您看,一头一尾的两个数的和都是一样的:1加100是101,2加99是101,3加98也是101......一前一后的数相加,一共有50个101,101乘50,就等于5050。”
小高斯的回答使老师感到吃惊。因为他还是第一次知道这种算法。他惊喜地看着小高斯,好像刚刚才认识这个穿着破烂不堪的,砌转工人的儿子。不久,老师专门买了一本数学书送给小高斯,鼓励他继续努力,还把小高斯推荐给教育当局,使他得到免费教育的待遇。后来,小高斯成了世界著名的数学家。人们为了纪念他,把他的这种计算方法称为“高斯定律”。
定义:如果一个数列从第二项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,这个数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差。
比如 1 3 5 7 9 11 13 15 17
这就是个等差数列,其中首相是1 末项是17 项数是9 公差是2
在等差数列中我们常用到的公式有:
1、已知等差数列的首项、末项以及项数,求数列的和
则需要公式:数列和=[首项+末项)×项数]/2
2、已知首项、末项、公差,求项数
则需要公式:项数=(末项-首项)/公差+1
等差数列的简单求和公式是德国数学家高斯发现的
根据上面的举例进行配项,
第一项和倒数第一项求和1+17=18
第二项和倒数第二项求和3+15=18
第三项和倒数第三项求和5+13=18
依此类推7+11=18
最后中间一项9=18/2
当总的项数为偶数时所有项数配项之后都是首项和末项的和
当总项数为奇数时,所有项数配项之后都是中间那一项的两倍(我们举例中9是中间那一项,9×2=18,正好是首项加末项和的1/2)
由此推导出等差数列求和公式=[首项+末项)×项数]/2
了解等差数列其他公式推导过程
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有兴趣进一步聊解高斯
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1.日常生活中,人们常常用到等差数列如:在给各种产品的尺寸划分级别
时,当其中的最大尺寸与最小尺寸相差不大时,常按照等差数列进行分级。
若为等差数列,且有ap=q,aq=p.则a(p+q)=-(p+q)。
若为等差数列,且有an=m,am=n.则a(m+n)=0。
2.按揭货款中的数列问题
随着中央推行积极的财政政策,购置房地产按揭货款(公积金贷款)制度的推出,极大地刺激了人们的消费欲望,扩大了内需,有效地拉动了经济增长。
众所周知,按揭货款(公积金贷款)中都实行按月等额还本付息。这个等额数是如何得来的,此外若干月后,还应归还银行多少本金,这些人们往往很难做到心中有数。下面就来寻求这一问题的解决办法。
若贷款数额a0元,贷款月利率为p,还款方式每月等额还本付息a元.设第n月还款后的本金为an,那么有:
a1=a0(1+p)-a,
a2=a1(1+p)-a,
a3=a2(1+p)-a,
......
an+1=an(1+p)-a,.........................(*)
将(*)变形,得 (an+1-a/p)/(an-a/p)=1+p.
由此可见,{an-a/p}是一个以a1-a/p为首项,1+p为公比的等比数列。日常生活中一切有关按揭货款的问题,均可根据此式计算。
比如这个数列
1 3 5 7 9 11 就是等差数列
而
1 2 3 5 6 7 8 就不是等差数列
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