教学内容:简单的数列问题(一)世界著名的数学家高斯(1777年~1855年),幼年时代聪明过人。
上小学时,有一天数学老师出了一道题让全班同学计算:1+2+3+4+…+99+100=?老师出完题后,全班同学都在埋头计算,小高斯却很快地说出了正确答案5050。
那些正忙着把这100个数一个一个相加求和的同学大吃一惊!小高斯有什么窍门呢?原来小高斯通过细心观察,发现1~100这一串数中,1+100=2+99=3+98=…=49+52=50+51=101。
即:与这串数首末两端距离相等的每两个数的和,都等于首末两数的和,这样的和为101的数共有100÷2=50对。
于是小高斯就把这道题巧算为:1+2+3+…+99+100=(1+100)×100÷2=5050像1,2,3,…,99,100这样的一串数我们称为“等差数列”,下面介绍有关等差数列的概念。
若干个数排成一列称为数列,数列中的每一个数称为一项,其中第一项称为首项,最后一项称为末项。
从第一项开始,后项与前项之差都相等的数称为等差数列,后项与前项之差称为公差,数列中数的个数称为项数。
例如:(1)5,6,7,8, (100)(2)1,3,5,7,9, (99)(3)4,12,20,28, (804)(4)1,4,8,16, (256)其中(1)是首项为5,末项为100,公差为1的等差数列;(2)是首项为1,末项为99,公差为2的等差数列;(3)是首项为4,末项为804,公差为8的等差数列;(4)中前后两项的差都不相等,它不是等差数列。
从高斯的故事我们知道,要想求出像1,2,3,…,99,100这一等差数列的和,只要用第一个数1与最后一个数100相加求和,再乘以这串数的个数100,最后除以2。
由此,我们得到等差数列的求和公式为:数列和=(首项+末项)×项数÷2[例1]计算1+2+3+…+1999[分析与解]这串加数组成的数列1,2,3,…,1999是等差数列,公差是1,首项是1,末项是1999,项数是1999。
根据等差数列求和公式可解得:原式=(1+1999)×1999÷2=[例2]求首项是5,公差是3的等差数列的前1999项的和。
[分析]等差数列中首项、末项、公差的关系是:末项=首项+公差×(项数-1)[解] 末项=5+3×(1999-1)=5999和=(5+5999)×1999÷2=[例3]计算3+7+11+…+99[分析]这串加数组成的数列是等差数列,公差是4,首项是3,末项是99,但是我们发现项数从题中看不出来,这时就需要先求出项数。
根据上例中介绍的等差数列中首项、末项、公差的关系,可以得到:项数=(末项-首项)÷公差+1[解] 项数=(99-3)÷4+1=25原式=(3+99)×25÷2=1275[例4] 计算(1)2000-3-6-9-…-51-54(2)(2+4+6+…+96+98+100)-(1+3+5+…+95+97+99)(3)1991-1998+1985-1982+…+11-8+5-2[分析与解] (1)利用第一讲中的知识,“某数连续减去几个数,等于减去这几个数的和”,可将原式转化为:2000-(3+6+9+…+51+54),所以,此题关键是求3+6+9+…+51+54的和。
3+6+9+…+51+54=(3+54)×[(54-3)÷3+1]÷2=57×9=513从而,原式=2000-513=1487。
(2)同学们可能已经发现和式2+4+…+98+100,1+3+5+…+97+99中的项成等差数列,从而可能想到先求和,再做减法。
这样做,很自然,也比较简便。
有其他更为简单的解法吗?再看题,你会冒出一个好想法:运用加减法性质,先做减法:2-1,4-3,6-5,…,100-99,它们的差都等于1,然后计算等于1的差数有多少个。
由于题中1至100的全部偶数之和作为被减数,奇数之和为减数,所以,相邻的奇偶数相减(以大减小),共得50个差数1,从而,原式=(2-1)+(4-3)+…+(98-97)×(100-99)=50(3)利用求解题(2)的经验,容易发现1991-1988=3,1985-1982=3,…,5-2=3这样,此题就归结为计算上述差的个数。
可以这样计算,由于此数列为等差数列,公差是3,由求项数公式可求得项数为:(1991-2)÷3+1=664(个)这664个数两两配对做减法运算,共得到664÷2=332个差数,因而44444444443444444444421”个“原式) (332)25()811()19821985()19981991(-+-+⋯+-+-==3×332=996[思考] 还可以怎样计算出差的个数?(还可根据每个括号中被减数所组成的等差数列的项数。
)[例5] 2000×1999-1999×1998+1998×1997-1997×1996+…+4×3-3×2+2×1[解]原式=1999×(2000-1998)+1997×(1998-1996)+…+3×(4-2)+2×1=(1999+1997+…+3+1)×2=(1999+1)×[(1999-1)÷2+1]÷2×2=2000×1000=[小结] 解简单的数列问题,首先要判断该数列是否为等差数列,再找出首项、末项、项数等相关量,最后运用相应公式正确求解。
【能力训练】1.计算:(1)1+2+3+…+76+77+78(2)1+3+5+…+95+97+99(3)2+6+10+14+…+202+206+210(4)4+7+10+…+292+295+2982.求首项是5,末项是93,公差是4的等差数列的和。
3.求首项是13,公差是5的等差数列的前30项的和。
4.计算:(1)4000-1-2-3-…-76-77-78(2)560-557+554-551+…+500-497(3)204-198+192-186+…+24-18+12-6*5.计算:(1)(1+3+5+...+1999)-(2+4+6+ (1998)(2)1+2+3-4+5+6+7-8+9+10+11-12+…+25+26+27-28参考答案【能力训练】1.(1)(1+78)×78÷2=3081(2)(1+99)×50÷2=2500(提示:1到100这一百个自然数中奇、偶数各一半)(3)(2+210)×[(210-2)÷4+1]÷2=5618(4)(4+298)×[(298-4)÷3+1]÷2=149492.(5+93)×[(93-5)÷4+1]÷2=11273.末项=13+(30-1)×5=158和=(13+158)×30÷2=25654.(1)4000-(1+2+3+ (78)=4000-[(1+78)×78÷2]=4000-3081=919(2)3×11=33(等差数列560,557,554,551,…,500,497,共有(560-497)÷3+1=22项)(3)6×17=102(等差数列204,198,192,…,12,6,共有(204-6)÷6+1=34项)*5.(1)1+(3-2)+(5-4)+(7-6)+(1999-1998)=1+999×1=1000(2)(1+2+3+4+…+25+26+27+28)-2×(4+8+…+24+28)=(1+28)×28÷2-2×(4+28)×[(28-4)÷4+1]÷2=29×14-16×14=13×14=182教学内容:简单的数列问题(二)上一讲中,我们学习了什么是等差数列,等差数列的求和公式,以及求项数、末项的公式。
这一讲,我们介绍如何利用这些公式,解决与等差数列有关的问题。
[例1]求所有被2除余数是1的三位数的和。
[分析]首先应分析一下被2除余数是1的三位数是哪些数。
能被2整除的三位数中最小的是100,所以被2除余数是1的三位数中最小的是101。
采用同样的办法可知,三位数中最大的被2除余1的数是999,而且这样的三位数前后两数都差2,因此它们构成一个等差数列,故可以利用等差数列求和公式求和。
[解]所求的三位数的和是101+103+105+…+999项数=(999-101)÷2+1=898÷2+1=450和=(101+999)×450÷2=247500答:所有被2除余数是1的三位数的和是247500由例1可以看出,解这种类型题目的关键是根据题意正确地找出满足条件的数列,然后求和。
[例2]1至100内所有不能被5或9整除的数的和是多少?[分析与解]如果要直接找出1至100内所有不能被5或9整除的数比较麻烦,因此我们采用间接的办法来解。
可以先分别找出能被5或9整除的数,并求出它们的和,然后再从1+2+3+…+100的和中减去它们的和,即为所求的解。
1至100内所有能被5整除的数是5,10,15,…,100,这个等差数列的项数=(100-5)÷5+1=95÷5+1=20,因此5+10+15+…+100=(5+100)×20÷2=105×20÷2=10501至100内所有能被9整除的数是9,18,27,…,99,这个等差数列的项数=(99-9)÷9+1=11,因此,9+18+27+…+99=(9+99)×11÷2=108×11÷2=594应该注意到,1至100内45,90这两个数既能被5整除,又能被9整除,因此在上面两个数列的求和中都有45、90这两个数。
所以,1至100内所有不能被5或9整除的数的和是:(1+2+3+…+100)-(5+10+15+…+100)-(9+18+27+…+99)+(45+90)=5050-1050-594+135=3541由例2可以看出,解这种类型的题目时,如果直接找数列比较困难,那么可以采用间接的方法求解。
另外,解题时分析思考要周密细致,列算式时不要重复,也不要遗漏。