—奥数裂项法同学们知道:在计算分数加减法时,两个分母不同的分数相加减,要先通分化成同分母分数后再计算。
(一)阅读思考例如1314112-=,这里分母3、4是相邻的两个自然数,公分母正好是它们的乘积,把这个例题推广到一般情况,就有一个很有用的等式:111111 1111n nnn nnn n n nn n n n-+=++-+ =+-+=+()()()():即11111 n n n n-+=+()或11111 n n n n ()+=-+下面利用这个等式,巧妙地计算一些分数求和的问题。
【典型例题】例1. 计算:119851986119861987119871988119941995⨯+⨯+⨯++⨯……+⨯+⨯+1 199519961 1996199711997分析与解答:"1 1985198611985119861 1986198711986119871 1987198811987119881 199419951199411995⨯=-⨯=-⨯=-⨯=-……1 1995199611995119961 199619971199611997⨯=-⨯=-上面12个式子的右面相加时,很容易看出有许多项一加一减正好相互抵消变为0,这一来问题解起来就十分方便了。
11985198611986198711987198811995199611996199711997⨯+⨯+⨯++⨯+⨯+… =-+-+-++-+-+=119851198611986119871198711988119951199611996119971199711985…… 像这样在计算分数的加、减时,先将其中的一些分数做适当的拆分,使得其中一部分分数可以相互抵消,从而使计算简化的方法,我们称为裂项法。
例2. 计算:1111211231123100+++++++++++…… :公式的变式11221+++=⨯-…n n n ()当n 分别取1,2,3,……,100时,就有112121122231123234112342451121002100101=⨯+=⨯++=⨯+++=⨯+++=⨯ (111121123112100)212223234299100210010121121231341991001100101211212131314199110011001101211101++++++++++=⨯+⨯+⨯++⨯+⨯=⨯⨯+⨯+⨯++⨯+⨯=⨯-+-+-++-+-=⨯-……………()()()=⨯==2100101200101199101例3. 设符号( )、< >代表不同的自然数,问算式1611=+<>()中这两个符号所代表的数的数的积是多少`分析与解:减法是加法的逆运算,1611=+<>()就变成1611-=<>(),与前面提到的等式11111n n n n -+=+()相联系,便可找到一组解,即1617142=+ 另外一种方法设n x y 、、都是自然数,且x y ≠,当111n x y =+时,利用上面的变加为减的想法,得算式x n nx y-=1。
这里1y是个单位分数,所以x n -一定大于零,假定x n t -=>0,则x n t =+,代入上式得t n n t y()+=1,即y n t n =+2。
又因为y 是自然数,所以t 一定能整除n 2,即t 是n 2的约数,有n 个t 就有n 个y ,这一来我们便得到一个比11111n n n n -+=+()更广泛的等式,即当x n t =+,y n t n =+2,t 是n 2的约数时,一定有111n x y=+,即 11n n t t n n t -+=+()上面指出当x n t =+,y n t n =+2,t 是n 2的约数时,一定有111n x y=+,这里n n ==6362,,36共有1,2,3,4,6,9,12,18,36九个约数。
当t =1时,x =7,y =42-当t =2时,x =8,y =24当t =3时,x =9,y =18 当t =4时,x =10,y =15当t =6时,x =12,y =10当t =9时,x =15,y =10当t =12时,x =18,y =9当t =18时,x =24,y =8当t =36时,x =42,y =7$故( )和< >所代表的两数和分别为49,32,27,25。
【模拟试题】(答题时间:20分钟)二.尝试体验:1. 计算:11212313419899199100⨯+⨯+⨯++⨯+⨯… 2. 计算:131611011512112813614515516617819111051120+++++++++++++ 3. 已知x y 、是互不相等的自然数,当11811=+x y 时,求x y +。
{【试题答案】1. 计算:11212313419899199100⨯+⨯+⨯++⨯+⨯… =-+-+-++-+-=-=1121213131419819919911001110099100… 2. 计算:131611011512112813614515516617819111051120+++++++++++++ =+++++++++++++=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=⨯-=-=262122202302422562722902110213221562182221022402123134145156167178189191011011111121121311314114151151621211611878()() 3. 已知x y 、是互不相等的自然数,当11811=+x y时,求x y +。
x y +的值为:75,81,96,121,147,200,361。
;因为18的约数有1,2,3,6,9,18,共6个,所以有118111811136136=+⨯+=+() 118121812154127542781118131813172124722496=+⨯+=++==+⨯+=++=()()118161816112612121126147=+⨯+=++=()11819181911801202018020011811818118119134219342361=+⨯+=++==+⨯+=++=()() 1182318231451303045751182918291991222299121=+⨯+=++==+⨯+=++=()() 还有别的解法。
!裂项法(二)前一节我们已经讲过,利用等式11111n n n n -+=+(),采用“裂项法”能很快求出121611212019900+++++…这类问题的结果来,把这一等式略加推广便得到另一等式:11n n t t n n t -+=+(),现利用这一等式来解一些分数的计算问题。
【典型例题】例1. 113135157119931995119951997⨯+⨯+⨯++⨯+⨯… 分析与解:此题如按异分母加法法则来求和,计算量太大,下面用裂项法试一试。
下面我们用11n n t t n n t -+=+(),现在给n 、t 一些具体的值,看看有什么结果。
|当n t ==12,时,有2131113⨯=- 当n t ==32,时,有2351315⨯=- 当n t ==52,时,有2571517⨯=- ……当n t ==19932,时,有2199319951199311995⨯=- 当n t ==19952,时,有2199519971199511997⨯=- 上面这998个等式左边的分数,其分母分别与题目中各加数的分母一样,只是分子是2不是1,但是很容易将题目中各数的分子变为2,例如1131221313512235⨯=⨯⨯⨯=⨯⨯,,……,这样采用裂项法也能较快求出结果来。
因为1131221313512235⨯=⨯⨯⨯=⨯⨯,,……,11993199512219931995⨯=⨯⨯,11995199712219951997⨯=⨯⨯ !所以113135119931995119951997⨯+⨯++⨯+⨯… =⨯-+-++-+-=⨯-=⨯=121131315119931199511995119971211199712199619979981997()()…例2.1123123419899100⨯⨯+⨯⨯++⨯⨯…… 因为112123311232123⨯-⨯=-⨯⨯=⨯⨯ 所以112312112123⨯⨯=⨯⨯-⨯() 同样可得123412123134⨯⨯=⨯⨯-⨯() 134512134145⨯⨯=⨯⨯-⨯() -一般地,因为11112n n n n ()()()+-++ =+-++=++n n n n n n n n 212212()()()()1121211112n n n n n n n ()()[()()()]++=⨯+-++ 这里n 是任意一个自然数。
利用这一等式,采用裂项法便能较快地求出例2的结果。
11231234198991001211212312313419899199100121121231231341989919910012112199100⨯⨯+⨯⨯++⨯⨯=⨯⨯-⨯+⨯-⨯++⨯-⨯=⨯⨯-⨯+⨯-⨯++⨯-⨯=⨯⨯-⨯………[()()()]()() =⨯-=⨯=124950199001249499900494919800@例3. 计算:121231234123451234200+++++++++++++++…… 分析与解:1232232225123422432361234522542471234112212122122112+=+⨯=⨯++=+⨯=⨯+++=+⨯=⨯++++=+-=-+-+=⨯-+()()()()()()()()()()()…n n n n n n n n n而11122112312n n n n n n n n --+=+---+=-+()()()()()()即112131112()()()n n n n -+=⨯--+ 连续使用上面两个等式,便可求出结果来。
12123123420012225236219920212233253363199202122312151316141715181711011991202++++++++=+⨯+⨯++⨯=+⨯⨯+⨯++⨯=+⨯-+-+-+-+-++-……………()() [=+⨯+++++-++++12231213141511991516171202[()()] (122312131415119915161200120112021223121314120012011202)12239920066201994041233100442013320214309332030100+⨯+++++-+++++=+⨯++---=+⨯++=+++=[()()]()()…… 【模拟试题】(答题时间:15分钟)二. 尝试体验1. 求和:13134134513456134520+++++++++++++++…… 2. 求和:1110314051887115491238111340+++++ 3. 求和:1123412345117181920⨯⨯⨯+⨯⨯⨯++⨯⨯⨯…【试题答案】1. 求和:13134134513456134520 +++++++++++++++……687836 8412252. 求和:1110314051887115491238111340 +++++363 203. 求和:1123412345117181920⨯⨯⨯+⨯⨯⨯++⨯⨯⨯…1139 20520。