(接上文)
父:你明白了这个计算原理,就可以自己推导出这个问题的一般公式了。我们用数学语言表达就是:设m,n是两个自然数,并且m<n,那么从m到n的自然数之和是Smn=?
女:这个就是代入就行了吧。根据自然数求和公式:
Smn=Sn-Sm
Smn=n(n 1)/2-m(m 1)/2
父:哈哈,你都自己推导出第二个公式啦!你完全可以自己命名这个公式了,自己做出的数学成果啊!你可以看看,如果m=0代表什么意思?公式变成什么了?
女: m=0时,这个就是
Sn=n(n 1)/2
父:对,说明上一个公式涵盖了这个公式,这个公式是上个公式的特殊形式。然后我们再看看以下的特殊形式:
2、4、6、8、10 、……
1、3、5、7、9、……
认识这两个数列吗?
女:嗯,知道。第一个是偶数数列,第二个是奇数数列。
父:不错,那么用数学语言是怎么定义的偶数和奇数?
女:偶数就是可以被2整除的自然数,不能被2整除的自然数叫奇数。
父:对,那用数学语言是怎么表示的呢
女:偶数就是2n,奇数就是2n-1
父:好,这个时候一定要标明n是自然数,所以这两个数列就可以写成
2、4、6、8、10 、……2n
1、3、5、7、9、……2n-1
那你考虑以下这两个数列求和,先算偶数列
女:欧了,是我展现实力的时候到了!让我想想用什么方法啊。如图:
图1
Sn=2 4 6 …… 2n=(2 2n)*n/2=n(n 1) ,怎么样,对不对?
父:哈哈,答案是对的,看来你喜欢上图形法了。你看看这个偶数求和跟自然数求和有啥关系?
自然数求和 Sn=n(n 1)/2
偶数求和 Sn=n(n 1)
女:偶数求和是自然数求和的两倍,哦我明白了
Sn=2 4 6 …… 2n=2(1 2 3 …… n)=2*n(n 1)/2=n(n 1)
偶数列求和就是两倍的自然数列求和,哈哈。
父:是的,这样你就更深入的了解了这两个数量的关系。并且理解了通过已知的公式推导和计算省去了很多力气。按照这个思路,你考虑下奇数列求和
女:明白,我想想我有思路啦!Sn=1 3 5 …… 2n-1=(2 4 6 …… 2n)-n=n(n 1)-n=n² 好家伙,竟然是这样
Sn=1 3 5 …… 2n-1=n²
父:你发现啦,竟然是n的平方。同样一个事物,用不同的眼光去看,用不同的语言表达,你会惊奇的发现内在的联系,这就是认识的加深。比如我给你出一道题,你们学校组织操场上列队形,有81个同学,要求排成纵队,每纵队比旁边一列纵队多两名同学,请问应该如何排?
女:如果不是今天讲了这个,我的思路可能就是在纸上乱画。有了这个公式,题目其实是一个奇数求和的问题。9*9=81,所以,应该排成9列纵队,数字分别是:
1、3、5、7、9、11、13、15、17
父:哈哈,你进步很大啊!那你再想想,偶数列,奇数列与自然数列求和的关系。
女:奇数和偶数相互交替出现,那么奇数列与偶数列之和就是自然数列。
父:那你能用公式推导验证一下吗
女:我试试,
n之前的偶数求和是 Sn=n(n 1)
n之前的奇数求和是 Sn=1 3 5 …… 2n-1=n²
n的自然数列求和是 Sn=n(n 1)/2
欸……,按道理应该是
奇数列 偶数=自然数列
这明显不相等啊!
父:呵呵,是啊,问题在哪呢?我给你看下数据啊
我们仅算前4项:
自然数列=1 2 3 4=10
奇数列=1 3 5 7=16
偶数列=2 4 6 8=20
奇 偶=1 2 3 4 5 6 7 8=36
女:我明白了,这加起来不一样啊。
父:所以,很多事情,特别是数学,不能想当然。这里的n代表的是项的序数,而不是此项的数字。只有自然数列项序数和项的数字是一致的。那怎样就让这个等式成立呢?
女:这……,好复杂。
父:不复杂啊,如果一个自然数列:1、2、3、……、n. 那么这里面有多少个偶数项,多少个奇数项呢。
女:嗯,这个我可以考虑下。1、2、3、4 就有两个偶数,两个奇数;如果是1、2、3、4、5就有2个偶数,三个奇数。这不一定啊,如果n是偶数,那么偶数与奇数都有n/2项;如果n是奇数,那么偶数就有(n-1)/2 项,奇数就有(n-1)/2 1项。怎么样,没错吧
父:好,你可以试验一下,如果是100以下的偶数项之和是多少,奇数项之和是多少?
女:偶数项之和,100是偶数,共有50个偶数项和50个奇数项,所以偶数项之和是50*(50 1)=2550,奇数项之和是50*50=2500,两者相加是5050. 回答正确,加十分!
父:哈哈哈哈哈,好的。你看啊,自然数列是相邻两项之差为1,偶数项与奇数项都是相邻两项之差为2,咱们算一个两项之差为3的,如下:
1,4,7,10,13,16,……,( )
第一个问题是,你能不能列出通项公式?
第二个问题,你能不能推出这个数列求和公式?
(未完待续)