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SHANGHAI MATHEMATICS · SECTION 4.3

教师整合版 / 沪教版高中数学

数列.

选择性必修第一册
第4章数列 · 保留教材主线与原题

1 个阅读模块5 个例题18 道练习与习题
4.3

数列

教材与正式教参整合

1 数列的概念与性质

除了我们前面学过的等差数列、等比数列这两类特殊的数列外, 在现实世界中, 许多事物的数量也可以排成一列数.

(1)如图 4-3-1,能够表示成三角形点阵的点数依次为

①

教材或教参原图

图 4-3-1

(2)如图 4-3-2,能够表示成正方形点阵的点数依次为

②

教材或教参原图

图 4-3-2

(3)目前通用的第五套人民币纸币的面额(单位:元)按照从大到小的顺序排列依次为

③

(4)医生要对病人的体温进行 24 小时监控,某天从 0 时开始记录,每隔 4 小时记录一次,共记录 7 次,监测到病人的体温 (单位:℃)依次为

④

(5)将 的不足近似值按小数位数从少到多的顺序排列依次为

⑤



给定一个数列 ,当项的序数 确定时,相应的项 也就确定了. 于是,项 与项的序数 之间存在着对应关系,这种对应关系可描述如下

项 .

实际中, 也常用列表法来表示数列. 例如, 对于数列④, 我们可以用下表直观地表示:

表 4-1

监测次数 1234567
体温 39.238.337.537.036.837.237.6

注:体温单位为℃ (摄氏度).

例题 1

例 1 已知数列 的通项公式,写出这些数列的前 5 项:

(1) ;

(2) .

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解 我们可根据相应的通项公式, 用列表法分别写出这两个数列的前 5 项.


公差为正数的等差数列为严格增数列; 公差为负数的等差数列为严格减数列; 公差为零的等差数列为常数列.


表 4-2

12345
0
17 1631 32
例题 2

例 2 给出数列 的下述通项公式,判断这些数列是否为单调数列, 请说明理由.

(1) ;

(2) .

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解( 1 )因为

所以 . 从而数列 为严格减数列.

(2)因为

所以 . 从而数列 为严格增数列.

例题 3

例 3 已知数列 的通项公式是 . 试问: 该数列是否有最大项? 若有, 指出第几项最大; 若没有, 试说明理由.

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解 因为

所以当 时, ; 当 时, ; 当 时, .

于是,数列 的最大项为第 8 项和第 9 项,其值为 .

练习 4.3(1)

练习4.3(1) · 1
  1. 根据数列 的通项公式填表:
12...5.........
......156......
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12...5...12......
26...30...156......
练习4.3(1) · 2
  1. 图中的三角形图案称为谢宾斯基三角形. 在下图四个三角形图案中, 着色的小三角形的个数依次排列成一个数列的前四项, 请写出其前四项, 并给出这个数列的一个通项公式.

教材或教参原图

(第 2 题)

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  1. . 数列 的一个通项公式为 .
练习4.3(1) · 3
  1. 已知数列 的通项公式是 . 试问: 该数列是否有最小项? 若有,指出第几项最小; 若没有, 试说明理由.
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  1. . 当 时, ; 当 时, ; 当 时, .

因此,该数列的最小项为第 3 项和第 4 项,其值为 .

2 利用递推公式表示数列

例题 4

例 4 在平面上画 条直线,假设其中任意 2 条直线都相交,且任意 3 条直线都不共点. 设这 条直线将平面分成了 个部分.

(1)写出数列 的一个递推公式;

(2)写出数列 的一个通项公式.

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解 (1) 我们先通过观察 、 2、3 时的图形来探究 的情况.

教材或教参原图

图 4-3-3

从图 4-3-3 中可以看出:

当 时,第 1 条直线将平面分为两个部分,所以

当 时,第 2 条直线与前面的 1 条直线相交,有 1 个交点. 这个交点将第 2 条直线分成 2 段, 且每一段将原有的平面部分进一步多分出两个部分, 所以

当 时,第 3 条直线与前面的 2 条直线都相交,有 2 个交点. 这 2 个交点将第 3 条直线分成 3 段, 且每一段将原有的平面部分进一步多分出三个部分, 所以

依此类推: 第 条直线与前面的 条直线都相交, 有 个交点. 这 个交点将第 条直线分成 段,且每一段将原有的平面部分进一步多分出 个部分,所以

这样,数列 可以用下面的递推公式表示:

(2)由上述递推公式, 有

...

由上述等式以及 ,可得

当 时,由于 ,上面的等式也成立.

所以,数列 的通项公式为 .

例题 5

例 5 已知数列 的递推公式为

(1)求证:数列 为等比数列;

(2)求数列 的通项公式.

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解 (1) 证明: 已知递推公式 .

在上述等式两边同时加 1 , 得

由递推公式,易证 ,于是 , 故 . 所以,数列 是以 为首项、以 2 为公比的等比数列.

(2)因为数列 是以 为首项、以 2 为公比的等比数列, 所以

从而 ,这就是数列 的一个通项公式.

练习 4.3(2)

练习4.3(2) · 1
  1. 已知数列 对任意正整数 ,均满足 .

(1)写出数列 的前五项;

(2)求数列 的通项公式.

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练习4.3(2) · 3
  1. 已知数列 满足 .

(1)求证:数列 为等比数列;

(2)求数列 的通项公式.

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  1. (1)当 时,首项为 . 当 时, .

显然 ,进而 . 故 为常数.

因此,数列 是以 4 为首项、以 2 为公比的等比数列.

(2)由(1), ,故 .

课后阅读

神奇的斐波那契数列

1202 年, 意大利数学家斐波那契 (L. Fibonacci) 出版了一部著作《算盘全书》(Liber Abacci). 他在书中提出了一个关于兔子繁殖的问题: 一对新生的小兔子(一雄一雌),到第 3 个月开始每月新生一对(一雄一雌)小兔子. 在假设不发生死亡的情况下,问:从第一对新生小兔子开始, 到第 10 个月底会有多少对兔子?

第 1 个月, 只有 1 对小兔子; 第 2 个月, 那对小兔子长成熟了; 第 3 个月, 成熟的兔子生下 1 对小兔子, 这时有 2 对兔子; 第 4 个月, 成熟的兔子再生 1 对小兔子, 而另 1 对小兔子长成熟了,共有 3 对兔子; 如此推算下去,我们可以得到下面的表格:

表 4-3

时间(月)初生兔子(对)成熟兔子(对)兔子总数(对)
1101
2011
3112
4123
5235
6358
75813
881321
9132134
10213455

如果时间不限于 10 个月, 在理想的情境下, 这个问题引出如下的无穷数列:

人们在研究斐波那契数列的过程中,发现该数列在自然界竟是如此普遍. 例如,考虑树木枝条的数量. 某种树木第 1 年长出幼枝,第 2 年幼枝长成粗干,第 3 年粗干可生出幼枝. 如图 4-3-4, 每条树枝都按照这个规律成长, 则每年的分枝数正好构成斐波那契数列.

教材或教参原图

图 4-3-4



在数学上, 斐波那契数列有许多奇妙的性质. 其任一给定项与其后一项的比交替地大于或小于黄金比例, 并且该比值无限趋近于黄金比例, 即有

只要你的心中有“数”,随处可见斐波那契数列. 它蕴含在自然界中, 也出现在文艺作品里. 它是解开不少数学谜题的钥匙, 更在诸多科学领域中有着广泛的应用. 经由斐波那契数列的镜像, 我们的世界竟是如此五彩缤纷!

习题 4.3

A 组

习题4.3A · 2
  1. 已知数列 的通项公式为 ,79 是否是该数列中的项?若是,是第几项?
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  1. 由 ,解得 (负根已舍). 所以 是该数列的第 15 项.
习题4.3A · 3
  1. 已知数列 的通项公式为 .

(1)写出这个数列的前 5 项;

(2)这个数列有没有最小项?如果有,是第几项?

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  1. (1) .

(2) ,最小项为 .

习题4.3A · 4
  1. 已知数列 的通项公式为 ,试问: 该数列是否有最大项、最小项? 若有, 分别指出第几项最大、最小; 若没有, 试说明理由.
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  1. 因为 ,所以,当 时, ;当 时, .

于是,该数列第 3 项为最大项,而 ,且 ,所以数列 无最小项.

习题4.3A · 7
  1. 一个正方形被等分成九个相等的小正方形,将最中间的一个正方形挖掉,得图①; 再将剩下的每个正方形都分成九个相等的小正方形, 并将其最中间的一个正方形挖掉, 得图②; 如此继续下去……

(1)图③中共挖掉了多少个正方形?

(2)求每次挖掉的正方形个数所构成的数列的一个递推公式.

教材或教参原图

(第 7 题)

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  1. (1) 73 个.

(2)设每次挖掉的正方形的个数所构成的数列为 . 该数列满足的递推公式为 或 ,数列 可以表示为:

B 组

习题4.3B · 1
  1. 已知数列 的通项公式为 ,试问: 该数列是否有最大项、最小项? 若有, 分别指出第几项最大、最小; 若没有, 试说明理由.
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  1. 数列 的最大项为第 10 项, ,最小项为第 9 项,
习题4.3B · 2
  1. 已知数列 的通项公式为 ,其中 是常数. 若数列 为严格增数列,求 的取值范围.
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习题4.3B · 4
  1. 已知数列 的前 项和为 .

(1)求数列 的通项公式;

(2)若数列 满足 ,间是否存在正整数 ,使得 成立,并说明理由.

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  1. (1)数列 的通项公式为 .

(2)提示:因为数列 的最大项为 ,所以不存在正整数 ,使得 成立.

习题4.3B · 5
  1. 某皮革厂第 1 年初有资金 1000 万元,由于引进了先进的生产设备,资金年平均增长率可达到 50%. 每年年底定额扣除下一年的消费基金后, 将剩余资金投入再生产. 这家皮革厂每年应扣除多少消费基金, 才能实现资金在第 5 年年底扣除消费基金后达到 2000 万元的目标?(结果精确到 1 万元)
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  1. 设从第 1 年年初算起,该厂第 年底的剩余资金为 万元,则 ,而经过 5 年底的剩余资金为 万元. 设这家皮革厂每年应扣除消费基金 万元,则 ,变形为 ,所以 是以 1.5 为公比的等比数列, ,根据题意知 2000,解得 万元.

所以这家皮革厂每年应扣除消费基金 424 万元, 才能实现资金经过 5 年达到 2000 万元的目标.

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