等差数列(数学问题)

简介

等差数列是指从第二项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数的一种数列,通常用A、P表示。这个常数叫做等差数列的公差,公差常用字母d表示。

例如:1,3,5,7,9……2n-1。通项公式为:an=a₁+(n-1)d。首项a₁=1,公差d=2。前n项和公式为:Sₙ=a₁n+[n(n-1)d]/2或Sn=[n*(a₁+aₙ)]/2。注意:以上n均属于正整数。

中文名等差数列关键要点公差、等差中项
外文名Arithmetic progression通项公式aₙ=a₁+(n-1)d
学科数学数列和公式Sₙ=(a₁+aₙ)n÷2
项数公式n=(aₙ-a₁)÷d+1公差公式d=(aₙ-a₁)÷(n-1)

性质

如果一个等差数列的首项记作a,公差记作d,那么该等差数列第 n 项 aₙ的一般项为:

an=a+(n-1)d

换句话说,任意一个等差数列 {aₙ} 都可以写成:

{a,a+d,a+2d,···,a+(n-1)d}

在一个等差数列中,给定任意两相连项aₙ₊₁ 和 aₙ ,可知公差

d=aₙ₊₁-aₙ

给定任意两项am和an,则公差是:

d=(aₘ-aₙ)÷(m-n)

此外,在一个等差数列中,选取某一项,该项的前一项与后一项之和,为原来该项的两倍。举例来说,a₁ + a₃ = 2a₂ 更一般地说,有:

aₙ₋₁+aₙ₊₁=2aₙ

证明如下:

aₙ₋₁+aₙ₊₁=[a+(n-2)d]+(a+nd)

=2a+(2n-2)d

=2[a+(n-1)d]

=2aₙ

从另一个角度看,等差数列中的任意一项,是其前一项和后一项的算术平均:

aₙ=(aₙ₋₁+aₙ₊₁)÷2

等差级数和

一个等差数列的首 n 项之和,称为等差数列和(sum of arithmetic sequence)或算术级数(arithmetic series),记作 Sₙ。

举例来说,等差数列 {1, 3, 5, 7} 的和是 1 + 3 + 5 + 7 = 16。

等差数列求和的公式如下:

Sₙ=n÷2(a+aₙ)

=n/2[2a+(n-1)d]

=an+d·n(n-1)/2

等差数列和在中文教科书中常表达为:一个等差数列的和,等于其首项与末项的和,乘以项数除以2。

公式证明如下:
将等差数列和写作以下两种形式:

Sₙ=a+(a+d)+(a+2d)+···+[a+(n-2)d]+[a+(n-1)d]

Sₙ=[aₙ-(n-1)d]+[aₙ-(n-2)d]+···+(aₙ-2d)+(aₙ-d)+aₙ

将两公式相加来消掉公差 d,可得:

2Sₙ=n(a+aₙ)

整理可得第一种形式。

带入aₙ=a+(n-1)d,可得第二种及第三种形式。

相关故事

高斯是德国数学家、天文学家和物理学家,被誉为历史上伟大的数学家之一,和阿基米德、牛顿并列,同享盛名。

高斯1777年4月30日生于不伦瑞克的一个工匠家庭,1855年2月23日卒于格丁根。幼时家境贫困,但聪敏异常,受一贵族资助才进学校受教育。1795~1798年在格丁根大学学习,1798年转入黑尔姆施泰特大学,翌年因证明代数基本定理获博士学位。从1807年起担任格丁根大学教授兼格丁根天文台台长直至逝世。

高斯7岁那年,父亲送他进了耶卡捷林宁国民小学,读书不久,高斯在数学上就显露出了常人难以比较的天赋,最能证明这一点的是高斯十岁那年,教师彪特耐尔布置了一道很繁杂的计算题,要求学生把1到 100的所有整数加起来,教师刚叙述完题目,高斯即刻把写着答案的小石板交了上去。彪特耐尔起初并不在意这一举动,心想这个小家伙又在捣乱,但当他发现全班唯一正确的答案属于高斯时,才大吃一惊。而更使人吃惊的是高斯的算法,他发现:第一个数加最后一个数是101,第二个数加倒数第二个数的和也是101,……共有50对这样的数,用101乘以50得到5050。这种算法是教师未曾教过的计算等级数的方法,高斯的才华使彪特耐尔十分激动,下课后特地向校长汇报,并声称自己已经没有什么可教高斯的了。

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