一道数列题的来龙去脉及推广研究

一道数列题的来龙去脉及推广研究

广东省深圳实验学校高中部518055

题目:等差数列{an}、{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,且=,求=____。

分析:应该说,本题可看成由求的拓展,而相对来说是较容易求解的,因为在中n都等于5,分子和分母中的项数是同步的,并且条件中项数也是同步的。现在放宽条件让项数不同步,因此也构成了本题求解的难点。

先让我们来看看是怎么求解的,我们常用这样的解法:寻找结论与条件之间的联系,结论要求的是通项的比,而条件是前n项和的比。在等差数列中通项与前n项和的比的关系,首推Sn=,再结合等差数列的性质“等差数列{an}中,若m+n=p+q,则am+an=ap+aq”,可得====,只要将n=9代入即可得到结果。同时只要将中的5换成n,9换成2n-1,结果和过程均可推广,即得=。

然而,如果求呢?上述方法还有效吗?一般认为,由于项数不同步了,而上面的解法比较依赖于项数的同步,因此宣布方法失效,进而寻求其他解法。对上面解题过程进行反思,数列的通项与前n项和的关系还有没有其他表示?如,an=Sn-Sn-1(n≥2)。因此=,但S5、S4、T4、T3怎么消除?如果能表示出Sn、Tn也许就可以,条件给出的是=,反过来也可以把Sn、Tn表示出来吗?在等差数列中数列的前n项和总可以写成Sn=an2+bn的形式,而=是一次分式的形式,所以上式应该被约去了kn,所以可以设Sn=kn(3n-2),Tn=kn(2n-1)那么===。可以说到这里问题已得到了解决,那么还有没有反思的空间呢?波利亚说过,“没有任何一道题是可以解决得十全十美的,总剩下些工作要做,经过充分的探讨和钻研,我们能够改进这个解答,而且在任何情况下,我们总能提高自己对这个解答的理解水平。”

若把用公式Sn=称为方法1,用公式an=Sn-Sn-1(n≥2)称为方法2。我们来分析一下方法2能成功的因素,和方法1不能成功的因素。方法2之所以能成功是因为成功的表示了Sn、Tn,从而摆脱了项数不同步的困难,从思考过程来看方法2是对方法1不足之处(无法摆脱项数不同步)的改进。然而方法1是否真的不能克服这个不足呢?是方法的局限性,还是应用的功力不够?是不是自身的认识上的封闭?

方法2之所以成功是因为成功地表示了Sn=kn(3n-2),Tn=kn(2n-1),而与公式an=Sn-Sn-1(n≥2)的结合是不是必然的呢?可不可以与公式Sn=进行结合使用呢?尝试一下,==,若进一步变形===是有问题的,最后的式子与前面根本不等,原因是系数的约不掉。但是同时乘上问题不就解决了吗?所以有===×=×,再结合Sn=kn(3n-2),Tn=kn(2n-1)代入,=×=×=,并且如果把5换成n、4换成m的话,此过程和结果亦可推广得到,===×=×=×=。

比较==与=×=,发现它们结果的形式结构完全一致,项数条件的放宽却没有改变结果形式的结构,在此处我们感受到了数学的“统一性”。并且这个结果在填空题中,我们可以方便的加以运用,若把题目改为等差数列{an}、{bn}的前n项和分别为,Sn和Tn且=,求=______和=______。那么直接代入得,==,==。

总结:回顾一下整个研究的过程,从惑到不惑,从复杂到简单,从思维激烈到归于平静,从动态过程到静态结果,其中是不是浸透着一点数学的“统一性”呢?形式千变万化的数学世界里,竟能达到如此和谐统一,让人不觉惊叹、兴奋不已。我想,这正是数学的魅力所在,难道不是吗?

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