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2.1 累加法

数列求和与递推数列 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 已知 $a_1$ 及 $a_{n+1}-a_n$ 的表达式,通过逐项累加求 $a_n$ 的方法。

从哪来 基于 4.2 求通项的方法 中“作差法”的逆向思维,结合 3.2 $S_n$与$a_n$的关系 中数列项与和的对应逻辑,以及 4.3 求和的方法 中对数列求和运算的掌握。

为什么 当递推关系为 $a_{n+1} = a_n + f(n)$ 时,移项得 $a_{n+1} - a_n = f(n)$。 将 $n$ 从 $1$ 取到 $n-1$,得到 $n-1$ 个等式: $a_2 - a_1 = f(1)$ $a_3 - a_2 = f(2)$ ... $a_n - a_{n-1} = f(n-1)$ 左边相加时,中间项 $a_2, \dots, a_{n-1}$ 正负抵消(裂项相消),仅剩 $a_n - a_1$。 右边相加即为 $\sum_{k=1}^{n-1} f(k)$。 从而解出 $a_n = a_1 + \sum_{k=1}^{n-1} f(k)$。这是利用“整体与部分”关系还原通项的必然逻辑。

适合:直观型、喜欢动手计算的学生** **“台阶模型”
把 $a_n$ 看作站在第 $n$ 级台阶的高度。$a_1$ 是起始高度。$f(n)$ 是每级台阶的增量。 要想知道第 $n$ 级的高度,不需要重新测量,只需要把从第1级到第 $n-1$ 级的所有“增量”加起来,再加上起始高度。 板书演示:画阶梯图,标注 $a_1, a_1+f(1), a_1+f(1)+f(2)...$,让学生看到累加的过程就是“爬楼梯”。
适合:逻辑型、喜欢代数推导的学生** **“代数消元法”
写出 $n-1$ 个方程: (1) $a_2 - a_1 = f(1)$ (2) $a_3 - a_2 = f(2)$ ... (n-1) $a_n - a_{n-1} = f(n-1)$ 引导学生观察左边:$a_2$ 在 (1) 中是正,在 (2) 中是负,抵消。 强调:这不是巧合,而是构造出的“望远镜效应”(Telescoping Sum)。 最后得出 $a_n - a_1 = \sum_{k=1}^{n-1} f(k)$,移项即得通项。
适合:抽象思维强、喜欢类比的学生** **“积分的离散版”
在微积分中,$F(x) = F(a) + \int_a^x f(t)dt$。 累加法就是离散版本的“积分”:$a_n = a_1 + \sum_{k=1}^{n-1} f(k)$。 告诉学生,如果 $f(n)$ 是常数 $d$,累加法就退化为等差数列通项公式 $a_n = a_1 + (n-1)d$。 累加法是等差数列通项公式的一般化,是处理非等差数列的通用工具。
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练一道
基础题
已知数列 $\{a_n\}$ 中,$a_1 = 1$,且 $a_{n+1} - a_n = 2n$,求 $a_n$。
变式
已知数列 $\{a_n\}$ 中,$a_1 = 2$,且 $a_{n+1} = a_n + 3^n$,求 $a_n$。
试试手自己判
检测题
已知数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_1 = 1$,$a_{n+1} = a_n + 2^n$,求 $a_n$。
看答案和判分标准
答案:$a_n = 2^n - 1$
判对标准:
1. 正确写出 $a_n - a_{n-1} = 2^{n-1}$。
2. 正确列出累加式 $a_n = 1 + 2^0 + 2^1 + \dots + 2^{n-1}$。
3. 正确利用等比数列求和公式得出 $a_n = 1 + \frac{1(1-2^n)}{1-2} = 2^n - 1$。
4. 验证 $n=1$ 时成立。
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