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5.3 数列的实际应用

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 利用数列模型解决增长、衰减、利息、资源分配等现实问题,核心是建立通项公式或求和公式。

从哪来 本节为高二数列应用的起点,直接建立在高一已掌握的等差数列与等比数列的通项公式及前n项和公式之上。

为什么 现实世界中许多变化过程具有“规律性”: 1. 离散性:时间、人口、库存等往往以整数单位变化,适合用数列(离散变量)而非函数(连续变量)描述。 2. 递推性:下一状态常由上一状态按固定规则生成(如复利、细胞分裂),这正是数列递推关系的本质。 3. 可计算性:通过通项 $a_n$ 可直接求第 $n$ 项,通过 $S_n$ 可求总量,将复杂动态过程转化为代数运算。

生活情境代入法** **适合:对抽象数学感到枯燥、喜欢联系实际的学生** * **切入点
从“房贷还款”或“手机电池衰减”入手。 * 操作: 1. 展示一张真实的房贷还款表(前5个月)。 2. 引导学生观察:每月还款额是否相等?(等差)还是本金减少比例固定?(等比近似)。 3. 提问:“如果我想算第120个月还多少,要一个个加吗?”引出通项公式 $a_n = a_1 + (n-1)d$ 的必要性。 4. 强调:数列就是“带编号的数”,编号 $n$ 就是时间或次数。
模型构建拆解法** **适合:逻辑性强、喜欢结构化思维的学生** * **切入点
将实际问题拆解为“三要素”:初始值、变化规律、目标量。 * 操作: 1. 初始值:对应 $a_1$(如第一年产量、本金)。 2. 变化规律:对应公差 $d$(等量增减)或公比 $q$(等比缩放)。 3. 目标量:对应 $a_n$(第n年数值)或 $S_n$(n年总和)。 4. 流程:读题 $\rightarrow$ 识别三要素 $\rightarrow$ 匹配公式 $\rightarrow$ 代入计算 $\rightarrow$ 检验合理性。 5. 强调:解题不是猜公式,而是“翻译”语言为数学符号。
错误案例反推法** **适合:容易粗心、对单位不敏感的学生** * **切入点
展示一个典型的“错误答案”。 * 操作: 1. 题目:某工厂今年产值100万,每年增长10%,问5年后产值多少? 2. 错误解法:$100 \times (1+10\%)^5$ 算出结果后,直接说“5年后产值是161万”。 3. 追问:“‘5年后’是指第5年结束时,还是第6年开始?如果问‘这5年总产值’呢?” 4. 对比:$a_5$ vs $S_5$ 的区别。 5. 结论:必须明确 $n$ 的起始点和终止点,防止“差一错误”。
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练一道
基础题
某城市今年绿化面积为100公顷,计划每年比上一年增加20公顷。问: (1) 第5年的绿化面积是多少? (2) 前5年的绿化面积总和是多少?
变式
某细菌在培养液中,每20分钟分裂一次(数量翻倍)。初始有100个细菌。 (1) 经过100分钟后,细菌有多少个? (2) 如果培养液最多容纳10000个细菌,问最多能培养多少个20分钟周期而不超标?
试试手自己判
检测题
某公司今年利润为500万元,预计以后每年利润比上一年增长10%。 问:从明年开始,连续3年的利润总和是多少?(结果保留两位小数)
看答案和判分标准
答案:明年(第1年):$500 \times 1.1 = 550$ 后年(第2年):$550 \times 1.1 = 605$ 大后年(第3年):$605 \times 1.1 = 665.5$ 总和:$550 + 605 + 665.5 = 1820.50$ 万元。
判对标准:
1. 正确识别为等比数列求和问题(3分)。
2. 正确确定首项为550(而非500),公比为1.1(2分)。
3. 计算过程无误,结果为1820.50(5分)。
4. 若学生用 $S_3 = 500 \times \frac{1.1^3 - 1}{1.1 - 1}$ 计算,结果相同,也算对,但需指出其首项定义不同($a_1=500$ 为今年,$S_3$ 为今年+明年+后年,需减去今年500,即 $S_3 - 500$),逻辑自洽即可。
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