在解決數(shù)列的相關應用問題中,同構思維也是處理數(shù)列問題中的一種基本解題意識與技巧方法,往往依托數(shù)列遞推關系式或數(shù)列通項公式的結構特征等從而發(fā)現(xiàn)式子結構中蘊藏的同型與共性,并提取對應式子中相同或相似的結構形式與特征模型等,發(fā)現(xiàn)式子間的內(nèi)在關聯(lián)與內(nèi)涵,進而合理加以同構化處理,利用同構后的模型所對應的基本性質(zhì)予以解題,是一種非常重要的方法.本文通過數(shù)例予以探究.
1.數(shù)列中的通項問題
數(shù)列通項問題中的同構思維,往往是依托數(shù)列通項的遞推關系式,進行合理的同構處理,并結合整體思維來轉(zhuǎn)化與應用,實現(xiàn)數(shù)列通項的分析與求解.
分析:借助數(shù)列中an與a n-1的線性遞推關系,一時無法直接看出相應的關系,而是利用數(shù)列自身的性質(zhì)借助待定系數(shù)法,合理同構新數(shù)列加以轉(zhuǎn)化,進而得以分析并確定對應數(shù)列的通項公式.
評注:涉及數(shù)列的通項公式的求解與應用問題時,經(jīng)常借助題設條件中數(shù)列的遞推關系式,合理通過同構數(shù)列,結合數(shù)列通項中的累加或累乘、待定系數(shù)法、不動點解特征方程法等來分析與處理,抓住對應的結構特征,巧妙同構處理,進而合理應用相應的技巧與策略來切入與應用.
2.數(shù)列中的參數(shù)問題
數(shù)列參數(shù)問題中的同構思維,往往是依托問題場景中含參數(shù)列關系式的同構與轉(zhuǎn)化,進而利用定義、公式或性質(zhì)來綜合與應用,實現(xiàn)參數(shù)值的確定與求解.
A.2023B.2024C.2025D.2026
分析:利用關系式成立條件中的數(shù)列關系式的結構特征入手,合理同構一個新數(shù)列{bn},從數(shù)列的遞推關系式入手,結合數(shù)列的定義來合理判斷數(shù)列類型,進而得以確定新數(shù)列的通項公式,在此基礎上進一步加以分析與求解,得以確定相應參數(shù)的值.
解:結合題意,同構新數(shù)列{bn}:bn=a12+a22+…+an2-a1a2…an(n≥5),則有bn+1-bn=(a12+a22+…+an+12-a1a2…an+1)-(a12+a22+…+an2-a1a2…an)=an+12-(an+1+1)(an+1-1)=1,可知該數(shù)列是一個首項為b5=a12+a22+…+a52-a1a2…a5=4,公差為d=1的等差數(shù)列,可得bn=4+(n-5)×1=n-1.結合題設可得bk=2024,由bk=k-1=2024,解得k=2025,故選C.
評注:上述解法抓住題設條件中的對應的遞推關系式的結構特征,找出同型或共性,合理同構數(shù)列,是解決問題的關鍵所在.特別是涉及數(shù)列中的一些參數(shù)問題時,合理抓住數(shù)列場景中的關系式,借助數(shù)列通項或遞推關系式等加以變形轉(zhuǎn)化,為進一步抽取性質(zhì)與巧妙同構奠定基礎,合理變形,從而實現(xiàn)問題的突破與求解.
3.數(shù)列中的求和問題
數(shù)列求和問題中的同構思維,往往是依托數(shù)列求和中相關項的巧妙同構與合理相消處理,給數(shù)列求和開創(chuàng)一個全新的局面,實現(xiàn)數(shù)列中的求和應用.
例3 (2023年邵陽市二模試題)已知Sn為數(shù)列{an}的前n項和,a1=2,滿足Sn+1=Sn+4an-3,記數(shù)列{bn}的通項為bn=log2(an-1)+3.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式和數(shù)列{bn}的通項公式;
分析:(1)借助an與Sn的關系加以變形與轉(zhuǎn)化,合理同構數(shù)列{an-1}來確定對應數(shù)列{an}的通項公式,進而結合條件來分析與求解數(shù)列{bn}的通項公式;(2)利用數(shù)列關系式的變形與轉(zhuǎn)化,合理進行同構裂項處理,進而通過數(shù)列求和來變形,分奇數(shù)項來合理放縮與證明.
解:(1)由Sn+1=Sn+4an-3,得Sn+1-Sn=4an-3,所以an+1=4an-3,則an+1-1=4(an-1).又a1-1=2-1=1,所以數(shù)列{an-1}是以1為首項,4為公比的等比數(shù)列,所以an-1=4n-1=22n-2(n∈N*),即an=22n-2+1(n∈N*).因為bn=log2(an-1)+3,所以bn=log222n-2+3=2n+1(n∈N*).
評注:數(shù)列求和問題中的裂項相消技巧方法一直是高考命題的一種基本視角,是一種重要而靈活的命題方式.而依托同構思維,結合一些常見的緒如指數(shù)型、無理型、奇偶性以及三角型等幾個比較新穎的裂項問題,合理同構思維,巧妙分析與處理,實現(xiàn)數(shù)列的求和與應用問題.
基于此,在那些有規(guī)律可循的數(shù)列問題之中,同構意識與同構應用成為解決一些復雜數(shù)列問題或創(chuàng)新數(shù)列問題中一種創(chuàng)新思維與應用.實際上,這體現(xiàn)了回歸數(shù)列的函數(shù)性,求解時往往可依托函數(shù)的基本性質(zhì)等來合理同構,進而利用數(shù)列的知識來轉(zhuǎn)化與應用.由此,教學時對結構的同構意識、理念尤其重要.并且,解題實踐中應注重求同存異,趨同結構,重新建構,使得結構達成同構化,從而解決數(shù)列中的通項,求和等諸多問題,進而全面提升數(shù)學關鍵能力,優(yōu)化數(shù)學良好品質(zhì),培養(yǎng)數(shù)學核心素養(yǎng).