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分形图与二阶数列

时间:2021-01-28 12:27:30      阅读:0      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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前言

涉及数列类的归纳推理,常常考查二阶等差数列已知数列\(\{a_n\}\),不是等差数列,但是\((a_{n+1}\)\(-\)\(a_n)\)\(-\)\((a_n\)\(-\)\(a_{n-1})\)\(=\)\(d\)\(d\)为常数,则数列\(\{a_{n+1}\)\(-\)\(a_n\}\)相对于数列 \(\{a_n\}\),就可以称为二阶数列,且其为等差数列,故称为二阶等差数列。\(\quad\),或二阶等比数列已知数列\(\{a_n\}\),不是等比数列,但是\(\cfrac{a_{n+1}-a_n}{a_n-a_{n-1}}\)\(=\)\(q\)\(q\)为常数,则数列\(\{a_{n+1}\)\(-\)\(a_{n}\}\)为原数列\(\{a_n\}\)的二阶等比数列;\(\quad\),或斐波那契数列斐波那契数列指的是数列 \(1\),\(1\),\(2\),\(3\),\(5\),\(8\),\(13\),\(\cdots\),其中\(a_{n+1}=a_n+a_{n-1}\)\(n\geqslant 2\)\(\quad\)

典例剖析

【与斐波那契数列有关的归纳推理】某种树的分枝生长规律如图所示,第1年到第5年的分枝数分别为\(1,1,2,3,5\),则预计第10年树的分枝数为

技术图片
$A.21$ $B.34$ $C.52$ $D.55$

分析:本题目涉及到的数列为“斐波那契数列”,其构成规律为:\(a_1\)\(a_2\)已知,其他项由递推公式\(a_{n+2}\)\(=\)\(a_{n+1}\)\(+\)\(a_n\)\(n\in N^*\)得到,

\(a_6=8\)\(a_7=13\)\(a_8=21\)\(a_9=34\)\(a_{10}=55\)\(a_{11}=89\),故选\(D\)

【与二阶等差数列有关的归纳推理】【2018·大庆校级模拟】蜜蜂被认为是自然界中最杰出的建筑师,单个蜂巢可以近似地看作是一个正六边形,如图为一组蜂巢的截面图.其中第一个图有\(1\)个蜂巢,第二个图有\(7\)个蜂巢,第三个图有\(19\)个蜂巢,按此规律,第\(6\)幅图的蜂巢总数为【 】

技术图片
$A.61$ $B.90$ $C.91$ $D.127$

法1:注意到蜂巢个数所成的数列是二阶等差数列,我们可以这样做:

\(1\stackrel{+6}{\longrightarrow}7\)\(7\stackrel{+2\times 6}{\longrightarrow}19\)\(19\stackrel{+3\times 6}{\longrightarrow}37\)\(37\stackrel{+4\times6}{\longrightarrow}61\)\(61\stackrel{+5\times6}{\longrightarrow}91\)\(91\stackrel{+6\times6}{\longrightarrow}127\);故选\(C\)

法2:利用二阶等差数列和累加法求解;令蜂巢个数为\(f(n)\),则\(f(1)=1\)\(f(2)=7\)\(f(3)=19\)\(f(4)=37\),由于

\(f(2)-f(1)=7-1=1\times 6\)

\(f(3)-f(2)=19-7=2\times 6\)

\(f(4)-f(3)=37-19=3\times 6\)

\(f(5)-f(4)=61-37=4\times 6\)

$\cdots $,

\(f(n)-f(n-1)=6\times (n-1)\)

因此,当\(n\ge 2\)时,由累加法可知,

\(f(n)-f(1)=6\times [1+2+3+\cdots+(n-1)]=3n(n-1)\)

\(f(n)=3n^2-3n+1\)

\(n=1\)时,\(f(1)=1=3\times1^2-3\times1+1\),符合上式,

故蜂巢个数为\(f(n)=3n^2-3n+1\)

故可以计算\(f(6)=91\),当然也可以得到\(f(10)=271\)

【与二阶等差数列有关的归纳推理】在平面内有\(n(n\in N*)\)条直线,其中任何两条不平行,任何三条不过同一点,若这\(n\)条直线把平面分成\(f(n)\)个平面区域,

\(f(1)\)\(f(2)\)\(f(3)\)\(f(4)\)\(f(5)\)的值;并总结\(f(n)\)的表达式。

解析:由题意知,则\(f(1)=2\)\(f(2)=4\)\(f(3)=7\)\(f(4)=11\)\(f(5)=16\)

\(f(2)-f(1)=4-2=2\)

\(f(3)-f(2)=7-4=3\)

\(f(4)-f(3)=11-7=4\)

\(f(5)-f(4)=16-11=5\)

$\cdots $,

\(f(n)-f(n-1)=n\)

因此,当\(n\ge 2\)时,由累加法可知,

\(f(n)-f(1)=2+3+\cdots+n=\cfrac{(n+2)(n-1)}{2}\)

\(f(n)=\cfrac{n^2+n+2}{2}\)

\(n=1\)时,\(f(1)=2\),也满足上式,

\(f(n)=\cfrac{n^2+n+2}{2}\)

【与累加法有关的归纳推理】下面四个图案,都是由小正三角形构成,设第\(n\)个图形中所有小正三角形边上黑点的总数为\(f(n)\)

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(1)求出\(f(2)\)\(f(3)\)\(f(4)\)\(f(5)\)

分析:由题意可知,

\(f(1)=3\)

\(f(2)=f(1)+3+3\times 2=12\)

\(f(3)=f(2)+3+3\times 4=27\)

\(f(4)=f(3)+3+3\times 6=48\)

\(f(5)=f(4)+3+3\times 8=75\)

(2)找出\(f(n)\)\(f(n+1)\)的关系,并求出\(f(n)\)的表达式.

分析:由题意及(1)可知,

\(f(n+1)=f(n)+3+3\times 2n=f(n)+6n+3\)

\(f(n+1)-f(n)=6n+3\)

\(f(2)-f(1)=6\times 1+3\)

\(f(3)-f(2)=6\times 2+3\)

\(f(4)-f(3)=6\times 3+3\)

\(\cdots\)\(\cdots\)

\(f(n)-f(n-1)=6\times (n-1)+3\)

利用累加法可知,当\(n\ge 2\)时,

\(f(n)-f(1)=6[1+2+\cdots+(n-1)]+3(n-1)=6\times \cfrac{n(n-1)}{2}+3(n-1)=3n^2-3\)

\(f(n)=3n^2\),当\(n=1\)时,满足上式,

\(f(n)=3n^2(n\in N^*)\)

【2021届高三文科一轮试题】某种平面分形图如图所示,一级分形图是由一点出发的三条线段,长度均为\(1\),两两夹角为\(120^{\circ}\);二级分形图是从一级分形图的每条线段的末端出发,再生成两条长度为原来的线段,且这两条线段与原线段两两夹角为\(120^{\circ}\)\(\cdots\),依此规律人文得到\(n\)级分形图.

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\(n\) 级分形图中共有__________条线段.

分析:由此分形图的制作过程我们可以得到以下的表达式,用\(f(n)\)表达\(n\)级分形图的线段条数,则有

\(f(1)=3\)

\(f(2)=3+6\)

\(f(3)=3+1\times 6+2\times 6\)

\(f(4)=3+1\times 6+2\times 6+4\times 6\)

\(f(5)=3+1\times 6+2\times 6+4\times 6+8\times 6\)

\(\cdots\)\(\cdots\)

对以上数据做加工,得到

\(f(2)-f(1)=1\times 6=2^0\times 6\)

\(f(3)-f(2)=2\times 6=2^1\times 6\)

\(f(4)-f(3)=4\times 6=2^2\times 6\)

\(f(5)-f(4)=8\times 6=2^3\times 6\)

\(\cdots\)\(\cdots\)

\(f(n)-f(n-1)=? \times 6=2^{n-2}\times 6\)

以上\(n-1\)个式子累加,得到

\(f(n)-f(1)=[2^0+2^1+2^2+\cdots+2^{n-2}]\times 6=6\times \cfrac{2^{n-1}-1}{2-1}=6(2^{n-1}-1)\)

解得, \(f(n)=6\cdot 2^{n-1}-6+3=3\times 2^n-3\)

分形图与二阶数列

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原文地址:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/14338302.html

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