例4 從1開始,每隔兩個數寫出一個數,得到一列數,求這列數的第100個數是多少?
1,4,7,10,13,…
解:不難看出,這是一個等差數列,它的后一項都比相鄰的前一項大3,即公差=3,還可以發現:
第2項等于第1項加1個公差即
4=1+1×3.
第3項等于第1項加2個公差即
7=1+2×3.
第4項等于第1項加3個公差即
10=1+3×3.
第5項等于第1項加4個公差即
13=1+4×3.
…
可見第n項等于第1項加(n-1)個公差,即
按這個規律,可求出:
第100項=1+(100-1)×3=1+99×3=298.
例5 畫圖游戲先畫第一代,一個△,再畫第二代,在△下面畫出兩條線段,在一條線段的末端又畫一個△,在另一條的末端畫一個○;畫第三代,在第二代的△下面又畫出兩條線段,一條末端畫△,另一條末端畫○;而在第二代的○的下面畫一條線,線的末端再畫一個△;…一直照此畫下去(見下圖),問第十次的△和○共有多少個?
解:按著畫圖規則繼續畫出幾代,以便于觀察,以期從中找出圖形的生成規律,見下圖.
數一數,各代的圖形(包括△和○)的個數列成下表:
可以發現各代圖形個數組成一個數列,這個數列的生成規律是,從第三項起每一項都是前面兩項之和.按此規律接著把數列寫下去,可得出第十代的△和○共有89個(見下表):
這就是著名的裴波那契數列.裴波那契是意大利的數學家,他生活在距今大約七百多年以前的時代.
例6 如下圖所示,5個大小不等的中心有孔的圓盤,按大的在下、小的在上的次序套在木樁上構成了一座圓盤塔.現在要把這座圓盤塔移到另一個木樁上.規定移動時要遵守一個條件,每搬一次只許拿一個圓盤而且任何時候大圓盤都不能壓住小圓盤.假如還有第三個木樁可作臨時存放圓盤之用.問把這5個圓盤全部移到另一個木樁上至少需要搬動多少次?(下圖所示)
解:先從最簡單情形試起.
①當僅有一個圓盤時,顯然只需搬動一次(見下頁圖).
②當有兩個圓盤時,只需搬動3次(見下圖).
③當有三個圓盤時,需要搬動7次(見下頁圖).
總結,找規律:
①當僅有一個圓盤時,只需搬1次.
②當有兩個圓盤,上面的小圓盤先要搬到臨時樁上,等大圓盤搬到中間樁后,小圓盤還得再搬回來到大圓盤上.所以小的要搬兩次,下面的大盤要搬1次.這樣搬到兩個圓盤需3次.
③當有三個圓盤時,必須先要把上面的兩個小的圓盤搬到臨時樁上,見上圖中的(1)~(3).由前面可知,這需要搬動3次.然后把最下層的最大圓盤搬一次到中間樁上,見圖(4),之后再把上面的兩個搬到中間樁上,這又需搬3次,見圖中(5)~(7).
所以共搬動2×3+1=7次.
④推論,當有4個圓盤時,就需要先把上面的3個圓盤搬到臨時樁上,需要7次,然后把下面的大圓盤搬到中間樁上(1次),之后再把臨時樁上的3個圓盤搬到中間樁上,這又需要7次,所以共需搬動2×7+1=15次.
⑤可見當有5個圓盤時,要把它按規定搬到中間樁上去共需要:
2×15+1=31次.
這樣也可以寫出一個一般的公式(叫遞推公式)
對于有更多圓盤的情況可由這個公式算出來.
進一步進行考察,并聯想到另一個數列:
若把n個圓盤搬動的次數寫成an,把兩個表對照后,
可得出
有了這個公式后直接把圓盤數代入計算就行了,不必再像前一個公式那樣進行遞推了.
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