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一道等差数阵题的畅想曲

2019-09-05马思琪

新高考·高二数学 2019年4期
关键词:方阵通项表格

高一下学期,我们学习了《必修5》中的数列知识,在做练习作业时,发现了这道题:

下面给出一个“等差数阵”:

其中每行、每列都是等差数列,aij表示位于第i行第j列的数.

(1)写出a45的值;

(2)写出aij的计算公式,以及2017这个数在等差数阵中所在的一个位置.

认真做完题目,我掩卷沉思,不禁思绪翩翩.这样根据已知数据,寻找恰当规律,填数的数阵,在小学也见过.现在我是高中生,长大了,问题也升级了,这个有意思.我就以这道题为契机,自主设置问题进行探索求解——进行一番数学畅想.

为了完成第(l)小题和找规律,我一定要不辞辛劳地多写一些项,如图2.这样就轻松得到第(1)小题答案49.

第(2)小题要求解aij的通项公式.平时学的数列通项,只有一个变量,这个题目搞事情呀,怎么是双变量呢?看着图2中大量的数据和省略号,我心中不觉阵阵发毛,想必难写!怎么办?

不过要找出2017在等差数阵中的一个位置,可以在较小的行列中进行试探.观察数阵发现,这个数阵的数关于aij成对称排列,即第一行的数和第一列的数一样,第i行和第i列的数一样,那么某数在aij位置出现,就必在aij位置出现,如果2 017出现在第一行,必有2017 =4+3(j-1),解得j=672,故2017出现在第1行第672列中,当然也出现在第672行第1列中.它还会出现在别的位置吗?继续用这个办法试探所有的,哦,NO,饶了我吧,这一定不是明智的想法,它定会有规律可循的,我得慢慢研究它.

畅想一:方阵畅想曲

我仔细观察这些数据,嘿嘿,有了.从图2中选取n行n列的方阵,对角线上行和列是相同的,相当于一个变量,应该简单得多,我先来解决它.

畅想三:多媒体畅想曲

问题8 借用Excel表格,如何寻找规律呢?

分析 Excel有强大的运算与分析能力,丰富的功能区菜单,面对大数据工作表的时候,进行数据整理、计算、汇总、查询、分析等处理,简直无所不能,太赞了!

我运用Excel表格,查找2 017这个数在等差数阵中所在的一个位置,使用了如下方法.

问题9 运用编程的方式解决问题,会否更方便呢?

我们现在正在学习Visual Basic语言编程,这道题目也符合编程的要求,不妨小试一下牛刀,从两个不同角度编写一下查找某数在等差数阵中的位置的程序,编写的程序及结果如图4和图5所示.

运行该程序,只要在方框内输入你想查找的数字,单击查找,在窗体上就会列出该数字对应的i,j的值,从而得出该数在数阵表格中的位置.

图4是运用了已經算出的以aij=2ij +i+j这个通式,运用二维数组进行编程设计的.图5是运用了表格中给出的4个数字4,7,7,12,根据等差中项的性质,先算出第一行和第二行的各数,即i=l,2时,用公式a(i,j)=2*-a(i,j-1) a(i,j-2)计算出第一、二行.对于给定的数M,第一行可能出现的最大的列数是Int((m -4)/3+1),下一列的数就超出M了.这个数就是最大的列数和行数,然后再利用a(i,j) =2*a(i-1,i)-a(i-2,j)计算其余的各行,直到最大的行.

畅想四:数阵变奏曲

对上面的表格进行改编,一定可以得到一些有趣的规律.

改编一:使每行的公差始终为3,每列公差为5.除了前面的问题,还可以提出如下问题.

1.哪些数会在这个数阵中出现,哪些数不会出现?有规律可循吗?

2.哪些教会出现两次?三次?甚至无数多次?有规律或者公式吗?

改编二:n2(n≥4)个正数排成n行n列的方阵:

数字构成的数阵,千变万化,只要你开洞大脑,不断思考,你就可以收获一片旖旎,欣赏无限绚丽的风光,奏响一段惬意的畅想曲,

【指导老师点评】

马思琪同学在作业中发现了一道有趣的等差数阵问题,循着问题的脚步,不断探究,运用代数、Excel、编程三种办法找出2017在等差数阵的位置,而且通过aij的通项设置出裂项求和等数列问题.善于学习思考和运用多媒体工具解决问题是本文的一大特色,尽管学校学了一些VB编程语言,但要完成没有学过的二维数组随变量而精确定义,以及For语句与IF语句的嵌套运用,还是困难不小,学习就是在这种自发的“尝试与错误”过程中完成的.

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