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4.1 数列是特殊的函数

数列的概念、通项公式及前n项和 · 高二
讲清楚它是什么

定义 数列是按一定顺序排列的一列数,本质上是定义域为正整数集(或其有限子集)的函数。

从哪来 本节为高二数学起点,基于初中已掌握的“函数”概念(自变量、因变量、对应法则)及“集合”概念(正整数集 $\mathbb{N}^*$)构建。

为什么 函数 $y=f(x)$ 中,若限制自变量 $x$ 只能取 $1, 2, 3, \dots$,则对应的函数值 $f(1), f(2), f(3), \dots$ 就构成了一个数列。 数列的通项公式 $a_n = f(n)$ 就是函数的解析式,只是定义域被“离散化”了。 理解这一点能打通“数”与“形”的壁垒:数列不仅是数的排列,更是函数图像在 $x$ 轴正半轴上的一系列孤立点。这种视角能解释为什么数列具有单调性、周期性等函数性质,也为后续学习等差、等比数列提供了统一的函数模型框架。

讲法
【类比迁移法】适合:抽象思维较强,函数基础扎实的学生 直接对比 $y=x^2$ 与 $a_n=n^2$。 1. 画出 $y=x^2$ 的抛物线图像。 2. 在图像上标出 $x=1, 2, 3, 4$ 时的点 $(1,1), (2,4), (3,9), (4,16)$。 3. 指出:数列 $1, 4, 9, 16, \dots$ 就是这条抛物线上横坐标为正整数的点的纵坐标序列。 4. 结论:数列是“离散”的函数,函数是“连续”的数列。研究数列就是研究定义域受限的函数。
讲法
【生活实例法】适合:形象思维较好,对纯符号感到枯燥的学生 用“排队买票”或“楼层高度”做类比。 1. 场景:电影院第 $n$ 排座位的高度 $h_n$。 2. 提问:第1排高1米,第2排高1.2米,第3排高1.4米…… 3. 分析:这里 $n$(排号)是输入,$h_n$(高度)是输出。$n$ 只能是1, 2, 3……不能是1.5排。 4. 结论:这就是一个函数,但因为输入只能是整数,所以输出是一串数,叫数列。通项公式 $h_n = 0.2n + 0.8$ 就是描述这个规律的函数式。
讲法
【程序代码法】适合:对计算机/编程感兴趣,逻辑性强的学生 用 Python 伪代码解释。 ```python def f(x): return x * x # 函数调用:x可以是1.5, 2.7等任意实数 print(f(1.5)) # 2.25 # 数列生成:x只能是整数 1, 2, 3... sequence = [f(i) for i in range(1, 10)] print(sequence) # [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81] ``` 1. 解释:`f(x)` 是函数定义。 2. 解释:列表推导式限制了 `i` 为整数,生成的列表就是数列。 3. 结论:数列是函数在整数域上的“采样”结果。
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练一道
基础题
已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = \frac{1}{n+1}$。 (1) 写出该数列的前5项; (2) 判断 $0.2$ 是否为该数列中的某一项,若是,求项数 $n$。
变式
已知函数 $f(x) = x^2 - 2x + 3$,数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_n = f(n)$。 (1) 求数列 $\{a_n\}$ 的前3项; (2) 求数列 $\{a_n\}$ 的最小值。
试试手自己判
检测题
已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = n^2 - 5n + 6$。 (1) 求该数列的前3项; (2) 求该数列的最小项及其项数。
看答案和判分标准
答案:(1) $a_1 = 1-5+6=2$;$a_2 = 4-10+6=0$;$a_3 = 9-15+6=0$。前3项为 $2, 0, 0$。 (2) 函数 $f(x) = x^2 - 5x + 6$ 对称轴 $x = 2.5$。 因为 $n \in \mathbb{N}^*$,需比较 $n=2$ 和 $n=3$ 时的值。 $a_2 = 0$,$a_3 = 0$。 所以最小项为 $0$,项数为 $2$ 和 $3$。
判对标准:
1. 第(1)问计算正确得2分。
2. 第(2)问若直接写 $x=2.5$ 时取最小值,得0分。
3. 第(2)问若指出对称轴为2.5,并比较 $n=2,3$ 的值,且得出最小值为0,项数为2或3(或2和3),得满分。
4. 若只写最小值0,未写项数,扣1分。
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