函数思想在数列中的应用

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  摘 要:数列是一种特殊的函数,既有自己本身的特性,也具有函数的性质,因此在教学和解题过程中充分挖掘数列的函数本质,借助函数性质解决数列问题,感悟函数思想在解决数列问题中的作用。
  关键词:函数;函数思想;数列
  数列与函数相结合是高考的热点,有时也是难点。函数思想是数学思想的重要组成部分,也是中学数学中最基本、最重要的数学思想之一。所谓函数思想,就是用运动变化的观点,分析和研究實际问题或数学问题中的数量关系,通过函数的形式,把这种数量关系表示出来并加以研究(一般借助函数的性质、图象等),从而更快更好地解决问题。从函数的观点看,数列可以看作是一个定义域为正整数集N+(或它的有限子集{1,2,…,n})的函数,当自变量从小到大依次取值时对应的一列函数值,而数列的通项公式也就是相应函数的解析式。从这个意义上看,它丰富了学生所学的函数概念范围,有些数列的问题可用函数思想来解决。引导学生以函数的概念、图像、相关性质为纽带,构建函数与数列的桥梁,揭示两者间的内在联系,能有效的解决数列问题。
  图象是函数特征的直观呈现,借助函数图象来解决数学问题(以形助数)是我们在解题中经常采用的手段,也就是所谓的数形结合。这里将等差数列的通项公式、前n项和公式看做关于n的函数,利用函数对应的图象关系来解决问题,简化了运算。
  没有给出数列的具体类型,可以通过数列的递推关系,写出数列的前几项,用不完全归纳法找到数列的规律,从而解决问题。但是需要由较强的推理归纳能力。所以仅仅利用数列的知识不容易解决,而如果我们从函数视角去考虑,借助函数的周期性,对数列会有一个新的更清晰认识。
  数列的递推关系,也蕴含着函数本质。本题是转化为函数表示,变量是正整数集,比一般的实数集更简单。因此找到函数的周期性,在大大简化了解题过程的同时,很好地培养了学生的思维能力。
  例3、判断数列的单调性。
  点拨:构造,显然,显然在是增函数,所以数列是递增函数。
  这里将通项公式转化为函数的形式,通过判断函数的单调性来确定数列的单调性,符合数列是一种特殊的函数的这一规定,在这里是一种演绎推理。函数的单调性与数列的单调性既有联系又有区别,也就是说如果数列所对应的函数单调则该数列一定单调,但反之如果数列单调,所对应的函数不一定单调,关键的原因在于数列是一个定义域在正整数集N+(或它的有限子集{1,2,3,…,n})上的特殊函数,是一个离散的函数,在图像上表示的一些离散的点。
  在教学过程中提倡学生学会积极主动、勇于探索的学习方法。学会构建函数,使用数学的函数思想解决数学问题是一个重点,也是一个难点,体现了学生在学习过程中的体验、思考与参与,培养学生的创新意识。在构建函数之后,往往需要利用函数的概念和性质来解决问题,而函数的基本性质包括了奇偶性、单调性、周期性,最值性零点等等,画出函数图像采用数学结合的方法解决问题。因此在数列教学过程中渗透函数思想,要结合已知特征进行等价转化,这样不仅可以进一步巩固之前学习过的函数知识,融会贯通,而且可以进一步拓宽学生解决数列问题的视野。
  法二、直接考虑数列本身的结构特征。构造二次函数,把看成函数,它的定义域是,作为递增数列,对应的函数必然为递增函数,而且单调增区间为,此时抛物线的对称轴为,因为函数f(x)为离散函数,要函数单调递增,只需考虑动轴与已知区间的位置。从对应图像上看,对称轴在的左侧可以(如图),作为孤立的点,此时B点比A点高。于是,得λ>-3。
  这几个例题的分析与解析,可以看出数列作为离散函数的典型,在高中数学中具有重要位置。借助函数来解决数列的最值问题,恒成立问题等,由于方法多、技巧性强,难度比较大。因此在数列的具体教学过程中,要重视函数思想的渗透,将函数的概念、图象、函数性质等融入数列的教学过程中,在数列知识与函数知识的交汇融合中,使学生的知识脉络不断优化与完善,进一步巩固函数知识和数列知识,同时也能使学生的思维能力得以发展与提高。在教学过程中,创设恰当的情境,让学生在情境中体会知识的形成过程,在感悟的过程中深刻领会当中蕴含的数学思想和方法,深刻理解用函数思想解决数列问题的本质。如果学生理解并掌握之后,往往能诱发知识的迁移,使学生产生举一反三、融会贯通的解决各种数列问题,提升学生的逻辑运算和推理能力,从而迅速有效的解决问题。
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