摘要:在現(xiàn)行的高中數(shù)學(xué)教材中,導(dǎo)數(shù)作為新增內(nèi)容,為高中數(shù)學(xué)教學(xué)和解題注入了強大的活力,是聯(lián)系多個章節(jié)內(nèi)容和解決相關(guān)問題的有力武器,使數(shù)學(xué)解題渠道多樣化、靈活化,新穎別致,自然流暢. 本文以2011年四川高考數(shù)學(xué)理科第20題為例,談?wù)勅绾卫脤?dǎo)數(shù)思想巧妙解題.
關(guān)鍵詞:導(dǎo)數(shù);高考;解題
高考回放
例1設(shè)d為非零實數(shù),an=[Cd+2Cd+…+(n-1)Cdn-1+nCdn](n∈N*)
?。?)寫出a1,a2,a3,并判斷{an}是否為等比數(shù)列. 若是,給出證明;若不是,說明理由.
?。?)設(shè)bn=ndan(n∈N*),求數(shù)列{bn}的前n項和Sn.
解:(1)由已知可得a1=d,a2=d(1+d),a3=d(1+d)2,an=[Cd+2Cd+…+(n-1)?Cdn-1+nCdn].
設(shè)f(x)=(1+x)n,由二項式定理有
f(x)=(1+x)n=C+Cx+Cx2+…+Cxn,
f ′(x)=n(1+x)n-1=C+2Cx+…+(n-1)Cxn-2+nCxn-1.
令x=d,則n(1+d)n-1=C+2Cd+…+(n-1)Cdn-2+nCdn-1,
故an=[Cd+2Cd2+…+(n-1)C?dn-1+nCdn]
=[C+2Cd+…+(n-1)?Cdn-2+nCdn-1]
=n(1+d)n-1
=d(1+d)n-1.
當(dāng)d=-1時,a1=-1,an=0(n≥2),此時{an}不是等比數(shù)列;
當(dāng)d≠-1時,{an}是以d為首項,d+1為公比的等比數(shù)列.
(2)當(dāng)d=-1時,Sn=b1=nda1=1.
由(1)可知,an=d(1+d)n-1,從而bn=nd2(1+d)n-1,
所以當(dāng)d≠-1時,Sn=b1+b2+b3+…+bn=d2[1+2(1+d)+3(1+d)2+…+n(1+d)n-1].
注意到d≠0且d≠-1,
于是令f(x)=(1+x)+(1+x)2+…+(1+x)n
=
=(x≠0且x≠-1).
下面關(guān)于x求導(dǎo),有
f′(x)=[(1+x)+(1+x)2+…+(1+x)n]′=1+2(1+x)+3(1+x)2+…+n(1+x)n-1,
因為′=,
令x=d,則
1+2(1+d)+3(1+d)2+…+n(1+d)n-1=.
所以
Sn=d2[1+2(1+d)+3(1+d)2+…+n(1+d)n-1]
=d2
=(1+d)n(nd-1)+1.
評析:這道高考題以數(shù)列知識為背景,第1問的原解答用到組合數(shù)公式kC=nC來進(jìn)行代換,然而很多考生沒有想到或沒有記住這個公式,所以給解題帶來了極大的困惑. 第2問考查錯位相減法求和.此題全省平均得分為2.49分,得分較低. 然而我們通過求導(dǎo)的思想巧妙地使問題迎刃而解,較好地體現(xiàn)了不同的思想方法給我們解題帶來的靈活性,開闊了視野.
習(xí)題重現(xiàn)
在平常的教學(xué)中,如果能夠在解決問題的時候,有意識地從不同渠道來思考問題,那么對我們解題能力的提高是非常有幫助的,用導(dǎo)數(shù)思想研究問題在人教版教材上有這樣的原型,如以下兩道習(xí)題.
習(xí)題一 求和:1+2x+3x2+…+nxn-1.
解當(dāng)x=1時,S=1+2+3+…+n=;
當(dāng)x≠1時,令f(x)=x+x2+x3+…+xn,則
S=f′(x)=1+2x+3x2+…+nxn-1.
因為f(x)=x+x2+x3+…+xn==,
而′=-,
所以S=-.
故當(dāng)x=1時,S=;當(dāng)x≠1時,S=-.
習(xí)題二 證明恒等式C+2C+3C+…+nC=n?2n-1.
證明:構(gòu)造二項式函數(shù)f(x)=(1+x)n,
二項式定理有f(x)=(1+x)n=C+Cx+Cx+…+Cxn,
對x求導(dǎo),有f′(x)=C+2Cx+3Cx2+…+nCxn-1.
因為[(1+x)n]′=n(1+x)n-1,令x=1,有C+2C+3C+…+nC=n?2n-1.
探究繼續(xù)
例2求和:4C+5C+…+(n+3)C.
解:x3(1+x)n=Cx3+Cx4+Cx5+…+Cxn+3,
將兩邊同時對x求導(dǎo),
得3x2(1+x)n+x3?n(1+x)n-1=3Cx2+4Cx3+5Cx4+…+(n+3)Cxn+2.
令x=1,得
3?2n+n?2n-1=3C+4C+5C+…+(n+3)C,即原式=(n+6)?2n-1-3.
評析:本題若用常規(guī)模式求和,則對技巧性要求很高,然而,通過構(gòu)造二項式,利用導(dǎo)數(shù)的思想居高臨下來研究,問題就變得容易多了.
通過上述幾個例子,反映了導(dǎo)數(shù)思想解決問題的獨特性,這對于我們開拓思路,培養(yǎng)和提高分析問題、解決問題的能力有事半功倍之效.