摘要:高考對(duì)數(shù)列部分的考查主要以基礎(chǔ)知識(shí)為主,同時(shí)考查學(xué)生的運(yùn)算求解、邏輯思維等能力,多數(shù)為基本題型及基本思想方法.學(xué)生常把數(shù)列定位為容易題,造成先入為主、思維定式、理解不透、關(guān)系不明、運(yùn)算不清等問(wèn)題.本文從這些問(wèn)題角度出發(fā),談?wù)剬W(xué)生在解決數(shù)列解答題時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題.
關(guān)鍵詞:解題目標(biāo);邏輯推理;理解誤區(qū)
高考對(duì)于數(shù)列內(nèi)容的考查一般是1道小題,1道解答題,分值約為15—17分. 數(shù)列選擇題、填空題一般屬于基礎(chǔ)題或中檔題,考查等差數(shù)列與等比數(shù)列的定義及基本量的運(yùn)算.解答題一般也處于基礎(chǔ)題或中檔題的位置,考查考生對(duì)基本知識(shí)與基本技能的掌握,以及對(duì)知識(shí)的基礎(chǔ)性、綜合性與應(yīng)用性的掌握.考查內(nèi)容常以數(shù)列的遞推關(guān)系或項(xiàng)與和的關(guān)系為背景,考查等差數(shù)列與等比數(shù)列的通項(xiàng)公式以及前n項(xiàng)和的問(wèn)題.也經(jīng)常出現(xiàn)與日常生活實(shí)例或數(shù)學(xué)文化有關(guān)的問(wèn)題,主要考查考生的邏輯思維、運(yùn)算求解等能力,這時(shí)對(duì)學(xué)生要求較高,甚至?xí)霈F(xiàn)在壓軸題的位置.
筆者結(jié)合以下幾個(gè)例子,談?wù)剬W(xué)生在解決數(shù)列解答題時(shí),出現(xiàn)的先入為主、思維定式、理解不透、關(guān)系不明、運(yùn)算不清等問(wèn)題.
1先入為主
例1設(shè)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和Sn,且a1=a,an+1=Sn+3n,n∈N*.
(1) 設(shè)bn=Sn-3n,求bn;
(2) 若an+1≥an,n∈N*,求a的范圍.
【試題立意】本題以數(shù)列的和與項(xiàng)的關(guān)系為載體,考查數(shù)列的遞推關(guān)系與通項(xiàng)公式的求法、數(shù)列中的不等式恒成立問(wèn)題.
【理解誤區(qū)】關(guān)于以數(shù)列前n項(xiàng)和與項(xiàng)的關(guān)系為載體的問(wèn)題,同學(xué)們似乎更習(xí)慣聯(lián)立相減,將和化為項(xiàng)來(lái)處理,題目條件給出的是數(shù)列{an},于是就想辦法先求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式,此舉表明在解題時(shí)缺乏明確的目標(biāo)指向,有先入為主的感覺(jué),以第(1)問(wèn)為例.
錯(cuò)解:(并不錯(cuò)誤,只是偏繁)
(1) 因?yàn)閍1=a,an+1=Sn+3n,所以當(dāng)n≥2時(shí),an=Sn-1+3n-1,故an+1=2an+2×3n-1,所以an+1-2×3n=2(an-2×3n-1),n≥2,
因?yàn)閍2=a+3,所以當(dāng)a-3≠0時(shí),an+1-2×3nan-2×3n-1=2,所以{an-2×3n-1}從第2項(xiàng)起,成公比為2的等比數(shù)列,所以an+1-2×3n=(a-3)×2n-1,n∈N*,故Sn=an+1-3n=(a-3)×2n-1+3n,所以bn=Sn-3n=(a-3)×2n-1,當(dāng)a-3=0時(shí),an+1-2×3n=0,故Sn=an+1-3n=3n,所以bn=Sn-3n=0.
綜上,bn=(a-3)×2n-1.
正解:因?yàn)閍1=a,an+1=Sn+3n,所以Sn+1-Sn=Sn+3n,即Sn+1=2Sn+3n,所以Sn+1-3n+1=2(Sn-3n),故bn+1=2bn,當(dāng)b1=S1-3=a-3≠0時(shí),{bn}是以a-3為首項(xiàng),公比為2的等比數(shù)列,即bn=(a-3)×2n-1.當(dāng)a-3=0時(shí),bn=b1=0.
綜上,bn=(a-3)×2n-1.
【解題回顧】不難發(fā)現(xiàn),第(2)問(wèn)與數(shù)列{bn}無(wú)關(guān),所以設(shè)計(jì)數(shù)列{bn}的目的,應(yīng)該是為求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式服務(wù)的,暗示了數(shù)列{bn}的通項(xiàng)公式更容易求得或理解為數(shù)列{bn}為特殊數(shù)列.
2思維定式
例2已知各項(xiàng)均為正數(shù)的數(shù)列{an}滿(mǎn)足:an+2=2an+1+3an.
(1) 證明:數(shù)列{an+an+1}為等比數(shù)列;
(2) 若a1=12,a2=32,求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式.
【試題立意】本題以等比數(shù)列為載體,考查數(shù)列的遞推關(guān)系與通項(xiàng)公式的求法.
【理解誤區(qū)】在成功解決第(1)問(wèn)后,結(jié)合第(2)問(wèn)的a1與a2,得an+1+an=2×3n-1.當(dāng)同學(xué)們看到an+1+an的表達(dá)式時(shí),聯(lián)立相減得an+2-an的表達(dá)式,再分奇偶累加求和,此舉憑經(jīng)驗(yàn)下手,俗稱(chēng)思維定式,以第(2)問(wèn)為例.
錯(cuò)解:(并不錯(cuò)誤,只是偏繁)
由(1)知,an+1+an=2×3n-1,所以an+2+an+1=2×3n,相減得an+2-an=4×3n-1.當(dāng)n為奇數(shù)且n≥3時(shí),由a3-a1=4×30,a5-a3=4×32,……,an-an-2=4×3n-3,所以an-a1=4×(30+32+…+3n-3)=4×1-9n-121-9=3n-1-12,因?yàn)閍1=12,所以an=3n-12,n=1時(shí),也符合;
當(dāng)n為偶數(shù)且n≥4時(shí),由a4-a2=4×31,a6-a4=4×33,……,an-an-2=4×3n-3,所以an-a2=4×(31+32+…+3n-3)=4×3×1-9n-221-9=3n-1-32,因?yàn)閍2=32,所以an=3n-12,n=2時(shí),也符合.
綜上:an=3n-12.
正解:因?yàn)閍n+1+an=2×3n-1,所以an+1-12×3n=-(an-12×3n-1),又因?yàn)閍1=12,所以a1-12×30=0,所以an-12×3n-1=0,所以an=3n-12.
【解題回顧】同學(xué)們?cè)诮鉀Q第(2)問(wèn)時(shí),更多的是依賴(lài)于解題經(jīng)驗(yàn),如之前可能解決過(guò)形如an+1+an=3n之類(lèi)的遞推關(guān)系,聯(lián)立相減后得到奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)分別成等差數(shù)列,分類(lèi)處理最終得數(shù)列的通項(xiàng)公式.
殊不知an+1+an=2×3n-1也屬于an+1=pan+qn型遞推關(guān)系,通過(guò)構(gòu)造等比數(shù)列或常數(shù)列(當(dāng)p≠q時(shí))或等差數(shù)列(當(dāng)p=q時(shí))處理效果更好.當(dāng)然,命題老師給出的條件a1=12,a2=32,其實(shí)是為了給出第1,2兩項(xiàng)之和,給大家造成了分奇偶討論的誤導(dǎo).
再解:
因?yàn)閍n+2=2an+1+3an,設(shè)an+2+λan+1=μ(an+1+λan),所以μ-λ=2,
λμ=3,故μ=3,
λ=1或μ=-1,
λ=-3,即an+2-3an+1=-(an+1-3an).又因?yàn)閍1=12,a2=32,所以a2-3a1=0,故an+1-3an=0,則an+1an=3,所以an=3n-12.
3理解不透
例3記Sn為數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和,已知na1+(n-1)a2+…+an=2Sn-1.
證明:(1) {Sn}為等比數(shù)列;
(2) 1a1+2a2+…+nanlt;7.
【試題立意】本題以數(shù)列前n項(xiàng)和與等比數(shù)列為載體,考查等比數(shù)列的證明、數(shù)列的通項(xiàng)公式的求法以及錯(cuò)位相減法求和.
【理解誤區(qū)】由數(shù)列的前n項(xiàng)和Sn,求通項(xiàng)公式時(shí)需要考慮n≥2及n=1兩種情形,再檢驗(yàn)n=1時(shí)是否也能符合一般形式.多數(shù)情況是n=1時(shí)能符合一般式子,所以導(dǎo)致少數(shù)同學(xué)認(rèn)為檢驗(yàn)多此一舉,容易忽略檢驗(yàn),這里我們以第(2)問(wèn)為例.
錯(cuò)解:由(1)知,{Sn}是以1為首項(xiàng),2為公比的等比數(shù)列,所以Sn=2n-1,故an=Sn-Sn-1=2n-1-2n-2=2n-2.令Tn=1a1+2a2+…+nan,則Tn=12-1+220+…+n2n-2,所以12Tn=120+221+…+n2n-1,所以12Tn=12-1+120+…+12n-2-n2n-1=4-42n-n2n-1,所以Tn=8-8+4n2n.顯然n≥5時(shí),Tngt;7與證明的不等式矛盾.
正解:由Sn=2n-1,故當(dāng)n≥2時(shí),an=Sn-Sn-1=2n-1-2n-2=2n-2.而a1=S1=1,所以an=1,n=1,
2n-2,n≥2.所以Tn=1+220+…+n2n-2=12-1+220+…+n2n-2-1,所以Tn=7-8+4n2nlt;7,得證.
【解題回顧】當(dāng)n=1時(shí),不符合,導(dǎo)致通項(xiàng)公式錯(cuò)誤,對(duì)后續(xù)問(wèn)題的解決有決定性的影響.對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題,同學(xué)們更多理解為是老師對(duì)于規(guī)范的強(qiáng)調(diào),并沒(méi)有從問(wèn)題的本質(zhì)進(jìn)行理解,理解不透導(dǎo)致對(duì)問(wèn)題的忽視.
4關(guān)系不明
例4已知數(shù)列{an}滿(mǎn)足a1=1,an+1=an+1,n為奇數(shù),
an+2,n為偶數(shù).
(1) 記bn=a2n,寫(xiě)出b1,b2,并求數(shù)列bn的通項(xiàng)公式;
(2) 求an的前20項(xiàng)和.
【試題立意】本題以數(shù)列遞推公式為載體,考查數(shù)列通項(xiàng)公式與數(shù)列求和.
【理解誤區(qū)】對(duì)于數(shù)列中交叉型遞推關(guān)系,學(xué)生易形成某些個(gè)人習(xí)慣,有的喜歡用漢字奇偶書(shū)寫(xiě),有的喜歡寫(xiě)成n=2k與n=2k+1,k∈N*.兩者只是書(shū)寫(xiě)形式不同,但是會(huì)有學(xué)生存在較明顯的心理暗示,能有效理解自己習(xí)慣的那種表達(dá),對(duì)另一個(gè)存在抵觸情緒,導(dǎo)致關(guān)系代入錯(cuò)誤,我們以第(1)問(wèn)為例.
錯(cuò)解:(1) 由題設(shè)可得b1=a2=a1+1=2,b2=a4=a3+1=a2+2+1=5.
由bn+1=a2n+2=a2n+1+2=a2n+1+2=a2n+3=bn+3,知bn+1-bn=3,又b1=2,所以bn為首項(xiàng)為2,公差為3的等差數(shù)列,故bn=2+(n-1)×3=3n-1.
正解:其實(shí)bn+1=a2n+2=a2n+1+1=a2n+2+1=a2n+3=bn+3,一步之差,但反映關(guān)系就是錯(cuò)誤的,表面上結(jié)果沒(méi)有影響,但已導(dǎo)致整題后續(xù)不得分.
【解題回顧】對(duì)于數(shù)列的交叉遞推關(guān)系,一般利用已知的關(guān)系得到奇數(shù)項(xiàng)或偶數(shù)項(xiàng)的遞推關(guān)系,進(jìn)而求其通項(xiàng)公式.學(xué)生們要學(xué)會(huì)對(duì)條件進(jìn)行觀察、比較、分析、抽象與概括,會(huì)用演繹、歸納和類(lèi)比等進(jìn)行推理.命題老師設(shè)置先寫(xiě)出b1,b2,其實(shí)就是在幫助大家理清關(guān)系,然后再代入.如果命題老師沒(méi)有設(shè)置先求b1,b2,作為數(shù)列題目而言,從特殊情況歸納發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律,也是處理數(shù)列問(wèn)題的常見(jiàn)方法.
5運(yùn)算不清
例5已知數(shù)列an和bn滿(mǎn)足a1=1,b1=0,4an+1=3an-bn+4,4bn+1=3bn-an-4.
(1) 證明:an+bn是等比數(shù)列,an-bn是等差數(shù)列;
(2) 求an和bn的通項(xiàng)公式.
【試題立意】本題以數(shù)列遞推公式為載體,考查等差數(shù)列、等比數(shù)列的概念和數(shù)列通項(xiàng)公式.
【理解誤區(qū)】對(duì)于數(shù)列的一些運(yùn)算,特別是與等比數(shù)列的通項(xiàng)公式及前n項(xiàng)和公式相關(guān)的指數(shù)型的運(yùn)算,有時(shí)我們會(huì)犯錯(cuò),我們以第(2)問(wèn)為例.
錯(cuò)解:由(1)知an+bn是首項(xiàng)為1,公比為12的等比數(shù)列,an-bn是首項(xiàng)為1,公差為2的等差數(shù)列.所以an+bn=12n-1,an-bn=2n-1.故an=12[(an+bn)+(an-bn)]=12n-1+2n-12=12n-2+n-12,且bn=12[(an+bn)-(an-bn)]=12n-1-2n+12=12n-2-n+12.
正解:實(shí)際上an=12[(an+bn)+(an-bn)]=12n-1+2n-12=12n+n-12,
bn=12[(an+bn)-(an-bn)]=12n-1-2n+12=12n-n+12.
【解題回顧】本題考查了數(shù)列的相關(guān)性質(zhì),主要考查了等差數(shù)列以及等比數(shù)列的相關(guān)證明,及通項(xiàng)公式的求法,屬于容易題.正由于同學(xué)們?cè)谧鲱}時(shí)比較順手,導(dǎo)致思想上麻痹大意,就會(huì)更容易犯上述錯(cuò)誤.所以在遇到指數(shù)型運(yùn)算時(shí),大家更需謹(jǐn)慎,當(dāng)然我們可以通過(guò)驗(yàn)證a1=1,b1=0是否符合來(lái)檢驗(yàn)通項(xiàng)公式正確與否.
通過(guò)以上五個(gè)案例,點(diǎn)明了同學(xué)們?cè)诮鉀Q數(shù)列問(wèn)題時(shí)可能存在的誤區(qū),旨在引導(dǎo)大家重視數(shù)列的思維過(guò)程.