用小学知识辅助解决高中奥数问题。

文摘   2025-01-03 04:58   山东  

陈继裕记,心路经历;

捕捉随笔,借鉴回忆。


用小学知识辅助解决高中奥数问题。

高三上开学考数学压轴19题。

复杂问题简单化,由浅入深,深入浅出,由具体到抽象。

①an数列:正向递增等差数列。特值代入尝试:1、2、3、4、5。

上面数列平均数bm=15/5=3计算,后面备用。

②bn数列:正向递增等差平均数数列。

承上an数列举例:1,1.5,2,2.5,3。(由1/1,(1+2)/2,(1+2+3)/3,(1+2+3+4)/4,(1+2+3+4+5)/5)。

③Cn数列:方差分子即“离均差平方和”数列。

承上an、bn数列举例:(1-3)^2,(2-3)^2,(3-3)^2,(4-3)^2,(5-3)^2

即:4,1,0,1,4。

上数列方差计算。

(1-3)^2+(2-3)^2+(3-3)^2+(4-3)^2+(5-3)^2=4+1+0+1+4=10。

上式D(X)=10/5=2。而该题第三问条件D(X)=1,不好取特殊值,就比葫芦画瓢,从原理本身理解。

④引理证明:bm/an≥P(X≥an)比值式,即:bm≥an*P(X≥an)乘积式。

P(X)(X≥3)=(5-3+1)/5=0.6,从具体到抽象,从具体数字到设字母表述数的代数式拓展通式:(m-k+1)/m(m为研究数列总数,k为选定数,分子为符合条件的数,分母为总数,比值为概率。

代入上面具体数值验证并深刻理解引理。

bm=3,an=3,P(X≥3),则比值式bm/an≥P(X≥3)=3/3>0.6,即乘积式bm≥an*P(X≥3),为3>3x0.6=1.8。

⑤P(Z≥4)在该题中表示为数列{cm}的前m项中等可能地选取一个数的随机变量;[(a1-bm)^2+(a2-bm)^2+…+(am-bm)^2]/m=D(X)(其中bm=(a1+a2+…+am)/m为平均数)。

这一问,就像函数中的隐零点一样,不好找具体数值举例,我们就比葫芦画瓢

根据引理bm/an≥P(X≥an),变形为P(X≥an)≤bm/an。

则P(Z≥4)≤bm/4就是P(Z≥4)≤(c1+c2+…+cm)/m•1/4(因为这里的P(Z)指的就是c数列的随机变量,bm代指的是c数列的平均数)=[(a1-bm)^2+(a2-bm)^2+…+(am-bm)^2]/m•1/4(=D(X)•1/4=1/4。

这样,从问题结论出发,要证明P(|X-bm|≥2),结合前面给出并要用到的方差D(X)=1的已知条件,构造设定数列{ck},记数列ck=(ak-bm)^2≥0,也回应了这个条件。

难点引理突破一句话:数列中≥某数随机变量的概率<平均数除以该数,如P(Z≥4)<bm/4,题中方差就是复合转化cm数列(c1+c2+…+cm)的平均数(c1+c2+…+cm)/m=[(a1-bm)^2+(a2-bm)^2+…+(am-bm)^2]/m=D(X)=1。

微观细节突破啥?因为数列cm≥4中任取一数的随机变量P(Z≥4)<bm/4(原理),故将cm=(a数列任选一项随机变量X-bm)^2即(am-bm)^2≥4的数列中任选一项的随机变量Z,<bm/4(这里的bm/4指cm/m•1/4(平均数除以数列中≥某数即乘以该数倒数的等量变形)=(c1+c2+…+cm)/m•1/4=[(a1-bm)^2+(a2-bm)^2+…+(am-bm)^2]/m•1/4=D(X)•1/4=1/4。(蓝色字体均为cm的表达式)。建议以上内容反复读数遍,琢磨琢磨。


通常思路三步走。

第一问,问题导向!求an的数列,符合bn是等于含an式子的正向递增数列。第一问三步走,设证答!第一是设,设an=n;第二是证,验证bn+1-bn等于正数定值成立;第三是答,回扣问题。

第二问,三步走,分分总。第一步拆分,求证an数列写出P(X≥ak)的值。an数列可以通过前面bn的递增数列导出an+1-an等于正数定值,得出an是正向递增数列,然后通过符合条件的项数除以总数=概率,求出P(X≥ak)的值。特值试验,1~5个数中,P(X≥2),为2到5中的4个数÷5=4/5,即(5-2+1)/5,由特殊到一般总结为P(X≥ak)=(m-k+1)/m,总数-前面临界数+该相等的本身这个数,即为符合条件的数。

第二步拆分,计算bm/ak的值。拆解扩展,求同((m-k+1)/m)去异消去分母ak,转化化简用放缩。展开整理bm/ak,通过两步放缩,一箭双雕,既可以求出bm /ak的值,又与P(X≥ak)的值紧密联系与比较。

关于两步放缩,分母前后都是相同的,只看分子。第一步是所有项之和≥从任意项ak加到最后am,当ak=1时取等。第二步是从任意项ak加到最后am≥最小项ak×符合条件的项数(m-k+1),当k=m时取等。在这两个放缩过程中,k=1与k=m不能同时取等。故只能是大于号。即bm/ak>P(X≥ak)。该问解答三步走,分分总,分步计算总结比较。

第三问三步走,证设转。第一步证引理,第二步设数列,第三转原理。

证设转!

先证原理。把前问的结论作为条件和原理使用,结合后面问题,转化应用

证引理的方法同前面一样,分分总。第一步。通过符合条件的项数除以总项数等于概率,得出一个数值。第二步,通过展开所给的式子进行两步放缩。联系前面第一步所解的数值进行转化比较,得证。

然后设符合条件的数列。从结论出发,要证明P(|X-bm|≥2),结合前面给出并要用到的方差D(X)=1的已知条件,构造设定数列{ck},记数列ck=(ak-bm)^2≥0从中c1,c2…cm中,等可能地选择一个数,记为随机变量Z,则Z=(X-bm)^2,且P(Z≥4),也就是开根号等于P(|X-bm|≥2)

第三步,应用引理☆☆☆c•P(X≥c)≤bm打通已知求解的堵点,两下合拢,c•P(X≥c)≤bm,即P(X≥c)≤bm/c计算求证结论:P(Z≥4)≤(c1+c2+…+cm)/4m=[(a1-bm)^2+(a2-bm)^2+…+(am-bm)^2]/m•1/4(前记的数列ck=(ak-bm)^2≥0)=D(X)•1/4=1/4。

第三问,证设转三步走,得解。

注意,元素分解后,概念要清晰。X是an的随机变量,bm是平均数,(X-bm)^2/m就是方差,同时要明白,an 、bn、cn三者之间的关系。bn=(a1+a2+…+an)/n,cn=(an-bm)^2。

总结一下该题的思路:知求原理两边凑。从前往后推,正推已知标全,从后往前推,倒推排定等转。思路清晰三步走,第一问设证答。第二问分分总。第三问证设转。



解答数学大题首先要审清题意,注意元素拆解及含义要清晰,前后每一步的推理要明白,每一小步都是通透的,不能卡壳。若有思路不通,步骤推理不理解,哪里不通攻哪里,直到完全明白为止。

该题的元素:①数列an,bn,cn三者之间的关系。bn=(a1+a2+…+an)/n,cn=(an-bm)^2;②该题中m为数列截取研究的最后1项;③k为要研究的任选1项;④数列{bn}是公差为d的等差数列;⑤数列{an}是公差为2d的等差数列;⑥数列{cm}是(ak-bm)^2的数列;⑦数列an与数列bn的关系是bn=(a1+a2+…+an)/n,b1=a1/1=a1;P为概率;P(X)在该题中表示为数列{an}的前m项中等可能地选取一个数的随机变量;P(Z≥4)在该题中表示为数列{cm}的前m项中等可能地选取一个数的随机变量;[(a1-bm)^2+(a2-bm)^2+…+(am-bm)^2]/m=D(X)(其中bm=(a1+a2+…+am)/m为平均数)。

由此可见,代入特殊值试一试,然后由数字到代数式,赋予不同字母不同含义。用小学的知识辅助解决高中奥数问题,由个别到一般,由具体到抽象,由浅入深,将复杂问题简单化,由易到难,大道至简。

不好代入特殊值的,就根据原理比葫芦画瓢,人家怎么说的我们就怎么办。

学习体会:一天做十道题全对意义不大,一天做一道难题做会了,有所收获。

学习要逢山开路、遇河搭桥,学会探索未知、创新创造。探索未知,创新创造是艰难而痛苦的,但是会获得成长。不要停留在适区,要进入学习区。

学习就是要经历千难万苦,知难而进,攻坚克难,披荆斩棘,劈波斩浪,踏破荆棘成坦途。


陈词心说
功课学习。
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