数列递推思想的应用

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  数列作为高考的考点与热点,在历年的高考中所占比例较大,特别在综合题中的应用,能力要求越来越高.其中数列递推思想,具有很强的逻辑性,是学习逻辑推理和化归能力的好素材,也是数学教学中渗透数学思想方法的好载体,其递推思想在解题中的应用相当广泛.下面对数列递推思想的应用作简要梳理,供参考.
  在归纳推理中应用
  例1 如图,一白珠下面挂一黑珠,每一黑珠下挂一黑珠与一白珠,则第11行黑珠的个数为________.
  […第一行][…第二行][…第三行][…第四行][…第五行][…第六行]
  解析 设第行黑珠的个数为个,则,则第行黑珠的个数为等于第行黑珠的个数为与第行白珠的个数之和,由于第行白珠的个数即为第行中黑珠个数,故有.
  点拨 此题通过运用递推思想得到一个递推关系,正是著名的“斐波拉契数列”. 在一些数列归纳通项的推理中,利用递推思想,构建递推公式,使有限拓展到无限,由特殊变成一般规律,这是解决此类问题常见思路与方法,同理这也体现了合理推理的精髓所在.
  构建“递推公式”,巧证数列不等式
  例2 已知函数设满足 ,,数列满足,.证明:.
  解析 本题可不用数学归纳法证,直接应用递推公式证更加简洁,简证如下.
  时,显然成立.
  时,由题意得,,且,
  综上所述,.
  点拨 此题由两边结构中都有,故联想递推关系,类比“已知等比数列递推关系求通项方法”,适当放缩使问题得以解决.在中学阶段某些压轴数列不等式的证明中,常利用此递推思想结合放缩法进行转化与化归.
  构建递推数列模型,求无限往复数学问题
  例3 设是正三角形的边上的任意一点,从 向边引垂线,垂足为,再从向边引垂线,垂足为;再从向边引垂线,垂足为,再从重复以上操作,得当时, 能否无限趋近于某一点?若能,请指出这一点的位置;若不能,请说明理由.
  解析 此题为典型的无限往复问题,其本质为求极限点,看似很复杂,我们先不妨构建递推关系,如图.
  不妨设 ,正三角形边长设为1,
  .
  故当时,无限趋近于的距的等分处.
  点拨 在无限反复问题中,过程较繁琐. 这类问题通过构建相邻过程的二元数量的递推关系,由“理不断”的无限反复变成相对固定的数列递推模型来解决,问题解答顺利而流畅!
  用递推思想解决一些浓度混合应用题
  例4 现有流量均为300m3/s的两条河流汇合于某处后,不断混合,它们的含沙量分别为2kg/m3和0.2kg/m3. 假设从汇合处开始,沿岸设有若干观测点,两股水流在流经相邻两个观测点的过程中,其混合效果相当于两股水流在1秒钟内交换100m3的水量,即从股流入股100m3水,经混合后,又从股流入股100m3的水量并混合.问:从第个观测开始,两股河水的含沙量之差小于0.01kg/m3(不考虑泥沙沉淀).
  解析 设第个观测点两股水流含沙量分别为kg/m3与kg/m3,
  则,
  且 =①,
  =②.
  ①-②得, =.
  故从第9个观测点开始,两股水流含沙量之差小于0.01kg/m3.
  点拨 在浓度混合问题中,不断地“混合”,使问题变得较为“混沌”,此类问题可通过构建交叉递推数列,再利用递推数列的解法去化“混沌”为“清晰”,使思路明了而清晰.
  递推思想在计数方面的应用
  例5 将一个圆分成个扇形部分,依次为,每一扇形分别用种不同颜色中任一种涂色,其中相邻部分涂不同颜色,则不同的染色方案有多少种?
  解析 设有种涂色方案,则表示用这种不同的颜色按同样的规则填涂类似的块区域.
  显然,先涂区域有种;再涂区域,不能与区域同色,有种,再涂区域,不能与区域同色,也有种,按照这种方式一直涂到区域.
  我们不妨只考虑区域与区域不同色,则共有种.
  但其中包含区域与区域同色的情形,当区域与区域同色时,可将此二区域视为一个区域来涂色,这种情形下的涂色方法恰为于是就得出了一个递推关系:
  上式可改写成:.
  即数列()是一个公比为-1的等比数列.
  综上所述,
  点拨 在一些复杂的计数问题中,运用数列递推思维组建递推关系可起到“疱丁解牛”的作用,使问题清晰而明了.需要说明的是,此题涉及到计数中的染色问题,通过递归关系得到一个一般化的通式,此式在染色问题中应用相当广泛.
  递推思想在某些概率问题方面的应用
  例6 已知,正四面体中,一枚棋子从一个顶点出发,选任何一条棱移动的概率都相等,每次移动前,掷一次骰子,出现偶数点,则棋子原地不动;若出现奇数点,则移动. 一枚棋子从点开始移动到点,求掷次骰子,才到达点的概率.
  解析 设掷次骰子时到达点的概率为,由题意知,在点选择任一条棱的概率均为,向前移动一次概率为 ,则分二类:(1)掷第次时不在点,则到达必顺掷奇数点且从该点移动到,则其概率为;(2)掷第次时在点,则第次必顺掷偶数点且不移动,则其概率为.
  故由(1)(2)知,
  则有,
  故数列构成首项为
  公比为的等比数列.
  则有,即即掷次骰子,才到达点的概率.
  点拨 此题位置不确定,掷点奇偶不定,关系复杂,利用递推思想是最有郊的方法,通过构建递推数列,问题迎刃而解.一般存在相互依存关系问题的概率都可运用递推思路去解决.
  综上所述,灵活运用递推思维,构造递推数列解决某些问题,可以起到化繁为简、化抽象为具体的奇效. 其运用过程中,融高度的逻辑性于一体,是数学中化归思想的深度体现,因此在平时高考复习中,应引起我们足够的重视.
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