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4.3 数列的最值

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 研究数列中最大项与最小项的取值及其位置,核心是判断数列单调性及首尾项关系。

从哪来 本节为高二数列章节起点,基于初中已掌握的“不等式性质”及“函数单调性”概念,无需依赖其他前置数列知识。

为什么 数列本质是定义域为正整数集的函数。求最值不能仅靠观察,必须依据单调性:若数列单调递增,最小值为首项,最大值为末项(若有限)或趋向无穷(若无限);若单调递减则反之;若非单调,需比较局部极值。这是因为整数离散性导致无法用导数求极值,必须通过作差法判断相邻项大小关系来确定单调趋势。

讲法
适合:逻辑严密、擅长代数推导的学生 采用“作差法”通用流程。 1. 计算 $a_{n+1} - a_n$。 2. 判断该差值的符号(恒正、恒负或变号)。 3. 若恒正,数列递增,$a_1$ 最小;若恒负,数列递减,$a_n$ 随 $n$ 增大而减小(有限数列中 $a_n$ 最小);若变号,找到由正变负或由负变正的转折点,该处即为最值点。 强调:这是最严谨的方法,适用于所有类型数列。
讲法
适合:直观思维强、喜欢图形化的学生 采用“图像趋势法”。 1. 将数列项 $(n, a_n)$ 视为平面直角坐标系中的点。 2. 画出前几项的点,观察点的分布趋势(向上走、向下走、先升后降)。 3. 结合解析式判断趋势是否持续。例如 $a_n = n^2 - 5n + 6$,画出抛物线,观察顶点位置,结合 $n \in \mathbb{N}^*$ 确定最值。 强调:先看图猜结论,再用代数验证,建立数形结合直觉。
讲法
适合:计算能力弱、易出错的学生 采用“特殊值排除法”。 1. 先计算 $a_1, a_2, a_3$ 的值。 2. 观察前几项的大小关系,初步判断是递增、递减还是波动。 3. 若为递增/递减,直接取首项或末项(有限数列)。 4. 若为波动,重点检查“由小变大”或“由大变小”的转折项,通常最值出现在转折点附近。 强调:通过具体数值建立信心,避免陷入复杂代数运算,先定性再定量。
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练一道
基础题
已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = 2n - 5$,求该数列的最小项。
变式
已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = -n^2 + 8n - 12$,求该数列的最大项。
试试手自己判
检测题
已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = n^2 - 6n + 10$,求该数列的最小项的值。
看答案和判分标准
答案:5
判对标准:
1. 学生若写出 $a_n = (n-3)^2 + 1$,并指出当 $n=3$ 时取最小值,计算得 $a_3 = 9 - 18 + 10 = 1$,错误(此处需重新检查题目设计,确保答案唯一且正确)。
*修正题目设计*:为确保答案明确,改用 $a_n = -n^2 + 5n - 4$。
新题目:已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = -n^2 + 5n - 4$,求该数列的最大项的值。
新答案:6
新判对标准:
1. 正确配方得 $a_n = -(n-2.5)^2 + 2.25$ 或作差得 $a_{n+1}-a_n = -2n+4$。
2. 正确判断出 $n=2$ 和 $n=3$ 时数列达到峰值(因为顶点在 2.5)。
3. 计算 $a_2 = -4 + 10 - 4 = 2$,$a_3 = -9 + 15 - 4 = 2$。
*再次修正*:为了简单清晰,使用 $a_n = -n^2 + 4n$。
最终题目:已知数列 $\{a_n\}$ 的通项公式为 $a_n = -n^2 + 4n$,求该数列的最大项的值。
最终答案:4
最终判对标准:
1. 学生能识别出这是开口向下的二次函数形式,或能通过作差法判断单调性。
2. 若用配方法:$a_n = -(n-2)^2 + 4$,得出 $n=2$ 时最大,值为 4。
3. 若用作差法:$a_{n+1}-a_n = -2n+3$,当 $n=1$ 时差为正(递增),$n=2$ 时差为负(递减),故 $a_2$ 最大。计算 $a_2 = -4 + 8 = 4$。
4. 只要最终数值为 4 且过程逻辑自洽(无论是代数还是函数法),即判对。
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