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精选典型习题,讲明数学思想

2015-12-16张志超

江苏教育·中学教学版 2015年11期
关键词:数列教学案例高中数学

【摘 要】目前高中对数列的教学主要采取紧扣教材的方式进行。教师可以采用深入浅出的策略,精选隐含重要数学思想方法、隐含大道理的典型习题,立足小问题,讲明大道理,引导学生掌握解决问题的基本策略,进而能够解出高考中的数列试题。

【关键词】高中数学;数列;教学案例

【中图分类号】G633.6 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009(2015)42-0030-02

【作者简介】张志超,南京第五中学(南京,210004)教师,江苏省特级教师,中学高级教师。

一、“数列”的地位及教学要求

1.地位。

数列作为一种特殊的函数,是反映自然规律、刻画离散现象的基本数学模型。在高中阶段,学生将通过对日常生活中大量实际问题的分析,建立等差数列和等比数列这两种数列模型,探索并掌握它们的一些基本数量关系,感受这两种数列模型的广泛应用,并利用它们解决一些实际问题。

2.教学要求。

(1)掌握等差数列、等比数列的定义,通项公式以及前n项和公式,会用函数的观点理解数列的概念,能通过相应的函数及其图像直观地认识数列的性质。

(2)会用类比的方法认识等差数列、等比数列之间的区别和联系,要善于用等价转化的思想,将一些特殊的数列问题转化为等差数列或等比数列的相应问题。

(3)由《江苏数学高考考试说明》可知,等差数列和等比数列在高考中均为C级要求。因此,在历届数学高考中,数列作为必考题,通常出一道填空题和一道解答题,填空题难度中等,解答题大多为压轴难题。

二、“数列”教学的现状与思考

教材中的数列习题难度适中,但是高考中的数列试题却令人望而生畏,由于数列的特性,它的综合应用涉及函数与方程、递推与证明、归纳与猜想、等价转化、分类整合等多种数学思想方法,解决问题时需要高中数学抽象概括能力、运算能力、建模能力、类比与化归能力等多种能力。因此,数列成为高中数学教学与高考的特难点。目前学校的教学主要采取按照教材,强调基础,完成教学任务。高三复习教学则立足基本,回避难题。这样做不为过,但是值得商榷。笔者以为:数列具有的上述特质,是发展学生数学综合应用能力的好素材,我们可以回避太难的题,但是对于数列中隐含的重要数学方法,应该努力开发。教师可以采用“小问题、大道理”深入浅出的策略,精选隐含重要数学思想方法、隐含大道理的典型小题,引导学生从小题入手,通过对小题的深入研究,明白其中的大道理,掌握解决问题的基本策略。下面笔者就列举一些教学中的经典案例,来讨论数列教学背后的“大道理”。

三、“数列”教学案例及思想方法

1.渗透转化思想。

例:已知数列an中,an= ,则S5=  。

解:因为an= ,所以an= - ,因此Sn=( - )+( - )+…+( - )= ,所以S5= 。

分析:本例所用方法为拆项求和。此方法是解决数列求和问题的常用方法,要求学生仔细观察通项,发现规律,采用等价变换,将要解答的问题变为简单易解的问题,体现了化繁为简的转化思想。对于形如an= (bn+1-bn=d,n∈N*)的求和问题,都可用此方法求解。此外,在具体教学中宜先从简单的问题着手,拾级而上,本例形式简单,是拆项求和的典型例题。

2.渗透分类与整合思想。

例:在数列an中,a1=1,a2=2,且an+2-an=1+

(-1)n(n∈N*),则S100=_____。

解:方法①,从局部考虑,由an+2-an=1+(-1)n(n∈N*),得a3-a1=0,a4-a2=2,a5-a3=0,a6-a4=2,…,a99-a97=0,a100-a98=2,得a1=a3=a5=…=a97=a99=1,a2=2,a4=4,a6=6,…,a100=100,所以S100=50+×50=2600。

方法②,从整体考虑,由an+2-an=1+(-1)n(n∈N*),令n=2k-1,得a2k+1-a2k-1=0(k∈N*),所以数列a2k-1是公差为0且a1=1的常数列,故a2k-1=1。令n=2k,得a2(k+1)-a2k=2(k∈N*),所以a2k是公差为2 且a2=2的等差数列,故a2k=2+(k-1)2=2k,所以S2k=(a1+a3+a5+…a2k-1)+(a2+a4+a6+…a2k)=k2+2k。故S100=2600。

分析:本题条件an+2-an=1+(-1)n(n∈N*)中出现了(-1)n,需要对n分为奇数和偶数两类进行讨论。通过分类,将数列an分为两个数列,再根据数列的特征进行求和。本题的两种解法从局部考虑或从整体考虑,渗透了转化求解、分类与整合的思想方法。

3.渗透函数思想。

例:已知数列an对于任意p,q∈N*有ap+aq=

ap+q,若a1=,则a36=_______。

解:方法①赋值法,由条件任意p,q∈N*及a1=与结论a36的确定,可令p=q=1,得a2=,令p=q=4,得a4=,同理可得a8=,a16=,a32=。令p=32,q=4,得a36=a32+a4=4。

方法②函数方法,将未知化为已知,设an=f(x),可将原题改为对于任意p,q∈N*,有f(p)+f(q)=

f(p+q),求f(36)。可令p=q,得2f(p)=f(2p),故

f(36)=2f(18)=4f(9)=4[f(8)+f(1)]=4[8f(1)+f(1)]=36f(1)=4。

分析:本题要求先阅读题面,弄清数列是特殊的函数,再根据条件用函数方法将任意的p,q∈N*赋予与结论有关的定值,通过迭代,逐步得到结果。赋值求解是函数思想处理问题的典型,体现了任意值与特殊值之间的转化。

4.渗透整体化的思想。

例:在等差数列an中,a1+a2=30,a3+a4=120,则a5+a6=     。

解:注意条件下标特征,根据等差数列的性质,可得a1+a5=2a3,a2+a6=2a4,得到a5+a6=2(a3+a4)-(a1+a2)=210。

分析:本例有多种解法,这里用的是整体化的方法。利用等差数列中若i+j=k+m,则ai+aj=ak+am的性质,简化了运算。事实上对于那类具有整体结构的等差数列问题,都可用整体化的方法处理。

5.渗透化归思想。

例:设数列an满足a1=1,an+1=2an+1(n∈N*),则数列an的通项为__________。

解:由an+1=2an+1,得an+1+1=2(an+1)。新数列an+1是首项为2,公比为2的等比数列,故an+1=(a1+1)2n-1=2n,所以an=2n-1。

分析:数列通项满足an+1=can+d(c≠0,c≠1,d≠0)的递推形式,称an为递推数列。处理此类问题,通常可以采用待定系数法构造新数列an+k,使其为公比为c的等比数列,先求an+k,再求an。

递推数列是数列中的一个部分,解答递推问题的常用方法是通过恒等变形构造新数列,使其成为我们熟知的等差、等比数列再求解。此类问题的难易由递推数列的形式而定。常见的递推形式有:①an=cSn-b(n∈N*); ②an+1-an=f(n); ③=f(n);

④an+1=2an+2n;⑤an+1+manan+1+an=0(m≠0);等。求递推数列通项是数学中化归思想的重要体现,对学生的能力要求较高,是历年高考中的热点与难点,本题是此类问题的典型且形式简单。对于变形巧妙、难度较大的问题,可根据学生情况选讲。

四、结束语

由于江苏高考将等差等比数列定位为C级要求,即系统地掌握知识的内在联系,并能解决综合性较强或较为困难的问题,考题以填空题和解答题形式为主。填空题注重基础知识和基本能力考查,对于广大学生而言,只要夯实基础,掌握方法,是不难解决的;解答题大都为压轴题,是综合性很强的问题,大多以数列为考查平台,综合运用函数、方程、不等式、简单数论等知识,通过运用递推、函数与方程、归纳与猜想、等价转化、分类整合等数学思想方法,考查学生灵活运用数学知识分析问题、解决问题和数学探索创新的能力,对于广大学生而言是较为困难的。

笔者以为,对于数列的教学和复习应考,教师可以采用分而治之的策略:分解难点,先抓基础,尝试从能够反映大道理的小问题着手,引导学生通过对小问题的深入研究,明白其中的大道理,形成解决数列问题的基本策略,在此基础上,逐步过渡到对大问题的研究。

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