函数观点下的数列问题研究

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  【摘要】数列问题是高考的重点也是难点.本文主要从函数视角研究运用函数求解数列通项公式、前n项求和、最值等问题.在解题过程中,学生体会数列是定义域为自然数集的特殊函数,与函数有共同之处,感悟数学知识之间的内在联系与区别.
  【关键词】函数;数列;数学思想
  数列是高考的重要考查内容.荷兰数学家、教育家弗赖登塔尔指出:无论从历史的、发生的还是从系统的角度看,数的序列都是数学的基石,没有数的序列就没有数的基石.可见数列在高中数学中占据重要的地位,起到承上启下的作用,它与函数、方程、不等式和解析几何等内容都有着密切的联系,是诸多知识的交会点.但在实际的教学中,学生在求解数列问题时体现出的数学思维及能力甚微,学生的学习仅限于模仿,主观能动性较弱,在求解数列问题时局限于教材涉及的方法,并没有发挥出数列与其他知识之间的联系作用.这样难以发掘学生的潜力,培养学生的思维.
  数列并不是简单的运算和解题的循环.学生从简单的“数”的研究到复杂的“一列数”的研究,不仅要研究数列关系、规律、特征等,更应该关注数列与其他知识的融合,如在求解数列问题时对函数思想的渗透.
  一、函数思想观点下数列问题的研究
  数列作为一种特殊的函数,是反映自然规律的基本数学模型.在数列学习中,应注重数列中各量之间关系的恒等变形.为更好地理解数列的本质,教师要引导学生对日常实际问题进行分析,建立数列模型,探索并掌握数列的一些基本数量关系.
  《高中数学课程标准(征求意见稿)》指出,在数列教学中,应该注重强调数列作为特殊函数在解决问题时的作用,突出数列是函数的本质.数列可以看作定义域为自然数集的一种特殊函数.因n取整数点,所以数列是一个准确的值.由此可见,数列具有离散的特点,属于离散型函数.我们日常生活中遇到的很多问题,如贷款、利率、折扣、人口的增长、放射性物质的衰变等都可以用数列来刻画.从函数的观点、模型的观点以及离散的角度认识数列,可以突出数列的本质.
  定义:数列可以看成是以正整数N (或它的有限子集{1,2,…,n})为定义域的函数an=f(n),当自变量按照从小到大的顺序依次取值时,所对应的一列函数值.反过来,对于函数y=f(x),如果f(i)(i=1,2,3,…)有意义,那么就可以得到一个数列:f(1),f(2),f(3),…,f(n),….
  数列的通项公式和前n项求和公式可以看成以n,d为自变量的数列的函数解析式.其中等差数列通项公式an是关于n的一次函数,前n项求和公式Sn是关于n的常数项为0的二次函数,两函数中自变量关于公差系数具有“n升次,d减半”的规律;等比数列通项公式和前n项和可看作底数为q的n次指数函数.由此,在借助函数思想解决数列问题时,进一步渗透函数思想,可使学生深刻理解数列和函数之间的联系,学会利用函数的眼光处理数列问题.
  通过函数的观点解决数列问题,不仅可以提升学生的知识应用能力,而且可以激发学生思考问题的潜能,进而提升学生的数学思维.高中阶段对学生的数学逻辑思维能力要求较高,在数列学习的基础上,要注重数列和其他模块知识的联系,引导学生学会各知识之间的融合,逐步提高学生的创新思维能力.
  二、运用函数思想巧解数列问题
  1.函数思想观点下的等差数列通项公式求解问题
  此题考查对数列通项公式和前n项和公式的记忆与理解,比较上述两种求解方法发现,利用方法一求解时计算过程烦琐,容易由运算错误导致失误.而利用函数思想求解等差数列的通项公式an、前n项和公式Sn,只需求解公差d,再从函数的角度理解“n升次,d减半”,可直接写出所求结果,提高解题效率,同时保证答题准确率.
  2.函数思想观点下的数列前n项和求解问题
  本题通过等差数列的定义快速求解公差d,借用函数思想表示等差数列前n项和,进一步渗透函数思想在数列问题中的应用,加深数学各模块知识之间的连续性与系统性,同时提高学生解题思维的敏锐性.
  本题主要考查求等比数列前n项和,两种解法相比较,方法一从应用错位相减法求前n项和入手,逐一求解,解题过程较长,同时需要注意多处细节问题,而从函数的角度考虑,Sn是关于底数q的n次指数函数,公式简洁明了,学生容易理解,方便记忆,运算简单.
  3.函数思想下数列的单调性与最值问题
  注意点(n,Sn)是在常数项为0的二次函数图像上(n属于正整数).如果二次函数的对称轴横坐标是正整数,Sn在顶点处取得最值;如果二次函数的对称轴横坐标不是正整数,Sn應在最接近对称轴横坐标的正整数处取得最值.
  在求解数列前n项和的最值问题时,可利用数列的函数定义转化为求解函数问题,这样就回归到学生最熟悉的一元二次函数问题当中,从而深入理解数列的本质问题,进一步明白函数与数列之间的联系,实现知识之间的整合.
  三、数列教学的建议
  函数与数列作为高中数学重要的两大模块知识,它们之间存在密切的联系.函数是高中数学的灵魂,而数列是特殊的函数,是高中数学的重要基础知识,是学生理解和认识离散函数的桥梁.在教学数列概念时,教师可以依据函数的概念揭示数列概念的本质,使学生亲身经历函数思想在数列概念形成过程中的渗透,既加深对数列的理解又巩固函数知识.在教学求解数列问题时,教师要引导学生学会用函数的眼光看待数列,学会将数列转化为常见的基本初等函数,再利用函数的图像与性质求解数列的通项公式、前n项和及最值问题等,使学生对数列知识的学习更清晰明了.在最后复习数列知识时,教师要组织学生自主评析函数和数列知识之间的相互构建过程,提升学生从函数视角对问题进行分析和解决的能力,引导学生学会对知识的整合,使知识更系统化和完整化,扩展学生的思维,激发学生的思维潜能,培养学生自主学习和自我评价的意识.
  【参考文献】
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