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几种计算技巧
准确是数值计算的基本要求,迅速是数值计算的较高追求。一些数值计算题,常因数字大、项数多、次数高而使问题表面复杂,通常都是计算与推理两兼的技巧题。进行复杂数值计算的常用技巧是:巧用运算律;凑整组合;裂项相消;反序相加;分解相约等。
★裂项相消
1. 模型
计算:
观察:下列等式:
,, ,将以上三等式两边相加得:
++++=1-=.
⑴猜想:写出:___________________;
⑵应用:直接写出下列各式的计算结果:
①++_____________;
②++_____________;
⑶拓展:试在1,2,3,…,100这一百个自然数中,挑选10个数,使这10个数的倒数和等于1.(提示:利用②的结论)。
变式:
l
l
提炼:
2. 应用
l
l
3. 创新
观察下列各式:
计算:3×(1×2+2×3+3×4+…+101×102)= ( )
A.101×102×103 B.100×101×102 C.99×100×101 D.98×99×100
l
l
★反序相加
1. 模型
计算:1+2+3+4++100
设s= 1+ 2+ 3 +4++100
则s=100+99+98+96++ 1 两边相加得:
2s=101+101+101+101++101 2s=101×100 s=101×100÷2=5050
变式:
l 12+15+18+21+24+27+30+33+36
l 1+2+3+4++
提炼:
其几何解释:
对于这个求和问题,如果采用纯代数的方法(首尾两头加),问题虽然可以解决,但在求和过程中,需对n的奇偶性进行讨论.
我国著名数学家华罗庚曾说过:“数缺形时少直观,形少数时难入微;数形结合百般好,隔离分家万事休”.数学中,数和形是两个最主要的研究对象,它们之间有着十分密切的联系,在一定条件下,数和形之间可以相互转化,相互渗透.
数形结合的基本思想,就是在研究问题的过程中,注意把数和形结合起来考察,斟酌问题的具体情形,把图形性质的问题转化为数量关系的问题,或者把数量关系的问题转化为图形性质的问题,使复杂问题简单化,抽象问题具体化,化难为易,获得简便易行的成功方案.
如果采用数形结合的方法,即用图形的性质来说明数量关系的事实,那就非常的直观.现利用图形的性质来求1+2+3+4+…+n 的值,方案如下:如图,斜线左边的三角形图案是由上到下每层依次分别为1,2,3,…,n个小圆圈排列组成的.而组成整个三角形小圆圈的个数恰为所求式子1+2+3+4+…+n的值.为求式子的值,现把左边三角形倒放于斜线右边,与原三角形组成一个平行四边形.此时,组成平行四边形的小圆圈共有n行,每行有(n+1)个小圆圈,所以组成平行四边形小圆圈的总个数为n(n+1)个,因此,组成一个三角形小圆圈的个数为,即1+2+3+4+…+n=.
(1)仿照上述数形结合的思想方法,设计相关图形,求1+3+5+7+…+(2n-1)的值,其中 n 是正整数.(要求:画出图形,并利用图形做必要的推理说明)
(2)试设计另外一种图形,求1+3+5+7+…+(2n-1)的值,其中n是正整数.(要求:画出图形,并利用图形做必要的推理说明)
2. 应用
l
l 15+17+19+…+2013
l
l ++
★错项相减
1. 模型
计算: 1+2+22+23+24++22013
(2013•张家界)阅读材料:求1+2+22+23+24+…+22013的值.
解:设S=1+2+22+23+24++22012+22013,将等式两边同时乘以2得:
2S= 2+22+23+24+25++22012+22013+22014
将下式减去上式得2S﹣S=22014﹣1
即S=22014﹣1
即1+2+22+23+24+…+22013=22014﹣1
请你仿照此法计算:
(1)1+2+22+23+24+…+210
(2)1+3+32+33+34+…+3n(其中n为正整数).
变式:
l
提炼:
除了用上述方法,还可用以下数形结合的方法来解。
几何解释:
构造面积为1的三角形或正方形,利用图形间的面积关系可得结果为。
2. 应用
l
l
l
注:
根据题目特点,灵活选择计算方法。
如
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