4.1 数列的概念与简单的表示

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4.1 数列的概念与简单的表示

2024-07-16 18:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

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模块导图 知识剖析 数列的相关概念

\((1)\)定义:数列是按照一定次序排列的一列数; \((2)\)数列的项:数列中的每一个数叫做这个数列的项,第一项常称为首项; \((3)\)数列的表示:数列的一般形式可以写成\(a_1\),\(a_2\),… ,\(a_n\),…,简记\(\{a_n\}\).  

数列的分类

 

数列与函数的关系

数列就是定义在正整数集\(N^*\)(或它的有限子集\(\{1 ,2 ,3....n\}\))上的函数\(f(n)\),其图象是一系列有限或无限孤立的点. \({\color{Red}{解释}}\) 日后研究数列的性质可以从函数的角度出发,比如单调性,最值等.

 

通项公式

如果数列\(\{a_n\}\)的第\(n\)项与序号\(n\)之间的关系可以用一个式子来表示,那么这个公式叫做这个数列的通项公式. \({\color{Red}{Eg}}\) 数列\(1 ,0 ,1 ,0,…\),其通项公式可以是\(a_{n}=\dfrac{1+(-1)^{n+1}}{2}\),\(a_{n}=\sin ^{2} \dfrac{n \pi}{2}\)等. \({\color{Red}{解释}}\) \((1)a_n\)与\(\{a_n\}\)是不同的概念,\(\{a_n\}\)表示数列\(a_1\),\(a_2\),⋯,而\(a_n\)表示的是数列的第\(n\)项; (2)数列的项与它的项数是不同的概念,数列的项是指这个数列中的某一个确定的数,它是一个函数值;而项数是指这个数在数列中的位置序号,它是自变量的值.  

递推公式

若已知数列\(\{a_n\}\)的第一项\(a_1\)(或前\(n\)项),且任一项\(a_n\)和它的前一项\(a_{n-1}\)(或前\(n\)项)间的关系可以用一公式表示,那么这个公式叫做这个数列的递推公式. \({\color{Red}{Eg}}\) \(a_1\)(初始条件),\(a_n=2a_{n-1}+3n\)(递推关系); \(a_1=1\),\(a_2=2\)(初始条件) ,\(a_n=3a_{n-1}-2a_{n-2}\)(递推关系).  

\(a_n\)与\(S_n\)的关系

若\(S_n\)为数列\(a_n\)的前\(n\)项和,即\(S_n=a_1+a_2+...+a_n\). 则\(a_{n}= \begin{cases}S_{1} & , n=1 \\ S_{n}-S_{n-1}, & n \geq 2\end{cases}\).  

经典例题 【题型一】对数列的相关概念的理解

【典题1】下列有关数列的说法正确的是(  ) ①数列\(1 ,2 ,3\)可以表示成\(\{1 ,2 ,3\}\); ②数列\(-1 ,0 ,1\)与数列\(1 ,0 ,-1\)是同一数列; ③数列\(\left\{\dfrac{1}{n}\right\}\)的第\(k-1\)项是\(\dfrac{1}{k-1}\); ④数列中的每一项都与它的序号有关. A.①② \(\qquad \qquad \qquad \qquad\) B.③④ \(\qquad \qquad \qquad \qquad\)C.①③ \(\qquad \qquad \qquad \qquad\) D.②④ 【解析】对于①,\(\{1 ,2 ,3\}\)是集合,不是数列,故选项①错误; 对于②,数列是有序的,故数列\(-1 ,0 ,1\)与数列\(1 ,0 ,-1\)是不同的数列,故选项②错误; 对于③,数列\(\left\{\dfrac{1}{n}\right\}\)的第\(k-1\)项是\(\dfrac{1}{k-1}\),故选项③正确; 对于④,由数列的定义可知,数列中的每一项都与它的序号有关,故选项④正确. 故选:B. 【点拨】注意集合与数列的在“顺序、异同性、表示方法”上的区别. 数列是有序性,集合是无序性的;集合是互异性的,但数列不作要求.  

【典题2】数列\(\{a_n\}\)为从\(a_0\)开始的非负整数有限数列,\(a_i\)表示在这个数列中\(i\)出现的次数.那么数列的项数不可能是 (  ) A.\(4\) \(\qquad \qquad \qquad \qquad\) B.\(5\) \(\qquad \qquad \qquad \qquad\) C.\(6\) \(\qquad \qquad \qquad \qquad\) D.\(7\) 【解析】\(a_i\)表示在这个数列中\(i\)出现的次数.\({\color{Red}{(理解这个是关键)}}\) 当\(a_0=2\),\(a_1=0\),\(a_2=2\),\(a_3=0\)时,满足条件,此时数列有\(4\)项,故排除\(A\); 当\(a_0=2\),\(a_1=1\),\(a_2=2\),\(a_3=0\),\(a_4=0\)时,满足条件,此时数列有\(5\)项,故排除\(B\); 当\(a_0=3\),\(a_1=2\),\(a_2=1\),\(a_3=1\),\(a_4 =0\),\(a_5=0\),\(a_6=0\)时,满足条件,此时数列有\(7\)项,故排除\(D\); 故选:\(C\). 【点拨】本题是选择题,优先考虑排除法,但留下了个问题:为什么项数不可能是\(6\)呢?还有其他项数不存在么?大家有什么想法,可以试试探究下!对问题的追问、深问是学数学的基本品质.  

【典题3】求数列\(\left\{\dfrac{n}{n+2}\right\}\)是增减性. 【解析】 \({\color{Red}{方法一 \quad 作差法}}\) \(a_{n+1}-a_{n}=\dfrac{n+1}{n+3}-\dfrac{n}{n+2}=\dfrac{2}{(n+3)(n+2)}>0\), 所以\(a_{n+1}>a_n\),故数列\(\left\{\dfrac{n}{n+2}\right\}\)是增数列. \({\color{Red}{方法二 \quad 作商法}}\) \(\dfrac{a_{n+1}}{a_{n}}=\dfrac{n+1}{n+3} \cdot \dfrac{n+2}{n}=\dfrac{n^{2}+3 n+2}{n^{2}+3 n}>1\), 又\(∵a_n>0\),所以\(a_{n+1}>a_n\), 故数列\(\left\{\dfrac{n}{n+2}\right\}\)是增数列. \({\color{Red}{方法三 \quad 函数思想}}\) \(a_{n}=\dfrac{n}{n+2}=\dfrac{1}{1+\dfrac{2}{n}}\), \(\because f(x)=\dfrac{1}{1+\dfrac{2}{x}}\)在\((0 ,+∞)\)递增, \(\therefore a_{n}=\dfrac{1}{1+\dfrac{2}{n}}\)也是随着\(n\)的增大而增大, 故数列\(\left\{\dfrac{n}{n+2}\right\}\)是增数列. 或\(a_{n}=\dfrac{n}{n+2}=1-\dfrac{2}{n+2}\), 由\(f(x)=1-\dfrac{2}{x+2}\)在\((0 ,+∞)\)递增也可得结论. 【点拨】求证数列单调性,常用方法有三: ① 作差法,比较\(a_{n+1}-a_{n}\)与\(0\)的大小; ② 作商法,比较\(\dfrac{a_{n+1}}{a_{n}}\)与\(1\)的大小,此时要注意\(a_n\)的正负; ③ 视通项公式为函数解析式,用函数单调性的方法处理,此时要注意\(n\)的取值范围是正整数.  

【典题4】已知数列\(\{b_n\}\)满足\(b_{n}=2 \lambda\left(-\dfrac{1}{2}\right)^{n-1}-n^{2}\),若数列\(\{b_n\}\)是单调递减数列,则实数\(λ\)的取值范围是 \(\underline{\quad \quad}\) . 【解析】数列\(\{b_n\}\)是单调递减数列, 则\(b_{n+1}-b_{n}\)\(=2 \lambda\left(-\dfrac{1}{2}\right)^{n}-(n+1)^{2}-2 \lambda\left(-\dfrac{1}{2}\right)^{n-1}+n^{2}\)\(=6 \lambda\left(-\dfrac{1}{2}\right)^{n}-2 n-1



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