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等差数列是数列中最基础的类型。看这个数列:5, 8, 11, 14, 17。从5到8增加了3,从8到11也增加了3,每相邻两项之间的差值都是3。这个固定不变的差值,我们称为公差,用字母d表示。在这个例子中,公差d等于3。
现在我们来推导等差数列的通项公式。以数列5, 8, 11, 14, 17为例,第一项a1等于5,第二项a2等于5加3,也就是a1加d。第三项a3等于5加两个3,即a1加2d。第四项a4等于5加三个3,即a1加3d。观察规律,第n项an等于a1加上n减1个d。这就是等差数列的通项公式。用这个公式,我们可以快速计算第100项:a100等于5加99乘以3,等于302。
斐波那契数列,也叫兔子数列,是一个非常特殊的数列。它的规律是:从第三项开始,每一项都等于前两项之和。数列是1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21。1加1等于2,1加2等于3,2加3等于5,3加5等于8,以此类推。我们用递推公式Fn等于Fn减1加Fn减2来表示,其中F1等于1,F2等于1。这个数列在自然界中广泛存在,比如花瓣的数量、松果的螺旋、贝壳的纹理等都遵循斐波那契规律。
平方数列由完全平方数组成,如1, 4, 9, 16, 25, 36,分别是1的平方、2的平方、3的平方等等。它的通项公式非常简单:an等于n的平方。但是平方数列经常以变式形式出现。比如这个数列:2, 5, 10, 17, 26。仔细观察,2比1大1,5比4大1,10比9大1,每一项都比对应的平方数大1。所以这个变式数列的通项公式是an等于n的平方加1。按照这个规律,下一项应该是6的平方加1,等于37。
让我们总结一下今天学习的内容。我们认识了三种主要的数列类型:等差数列,用通项公式an等于a1加n减1乘以d来描述;斐波那契数列,用递推关系Fn等于Fn减1加Fn减2来表示;平方数列,基础形式是an等于n的平方。寻找数列规律的关键方法包括:首先计算相邻项的差值,然后观察差值的规律,接着建立代数表达式,最后验证并用来预测。代数式是我们描述和理解数列规律的强大工具,帮助我们从有限的项中发现无限的规律。