1、教学设计2.5等比数列的前n项和2.5.1等比数列前n项和公式的推导与应用从容说课师生将共同分析探究等比数列的前n项和公式.公式的推导以教材中的“错位相减法”为最基本的方法，“错位相减法”也是一种算法，其设计的思路是“消除差别”，从而达到化简的目的.等比数列前n项和公式的推导还有许多方法，可启发、引导学生进行探索.例如，根据等比数列的定义可得,再由分式性质，得,整理得.教学中应充分利用信息和多媒体技术，还应给予学生充分的探索空间.教学重点 1.等比数列前n项和公式的推导;2.等比数列前n项和公式的应用.教学难点 等比数列前n项和公式的推导.教具准备 多媒体课件、投影胶片、投影仪等三维目标一、知
2、识与技能1.了解现实生活中存在着大量的等比数列求和的计算问题；2.探索并掌握等比数列前n项和公式；3.用方程的思想认识等比数列前n项和公式，利用公式知三求一；4.体会公式推导过程中的分类讨论和转化化归的思想.二、过程与方法1.采用观察、思考、类比、归纳、探究得出结论的方法进行教学；2.发挥学生的主体作用，作好探究性活动.三、情感态度与价值观1.通过生活中有趣的实例，鼓励学生积极思考，激发学生对知识的探究精神和严肃认真的科学态度，培养学生的类比、归纳的能力；2.在探究活动中学会思考，学会解决问题的方法；3.通过对有关实际问题的解决，体现数学与实际生活的密切联系，激发学生学习的兴趣. 教学过程导入
3、新课师 国际象棋起源于古代印度.相传国王要奖赏国际象棋的发明者.这个故事大家听说过吗？ 生 知道一些，踊跃发言.师 “请在第一个格子里放上1颗麦粒，第二个格子里放上2颗麦粒，第三个格子里放上4颗麦粒，以此类推.每一个格子里放的麦粒都是前一个格子里放的麦粒的2倍.直到第64个格子.请给我足够的麦粒以实现上述要求.”这就是国际象棋发明者向国王提出的要求.师 假定千粒麦子的质量为40 g，按目前世界小麦年度产量约60亿吨计.你认为国王能不能满足他的要求？生 各持己见.动笔，列式，计算.生 能列出式子：麦粒的总数为1+2+22+263=?师 这是一个什么样的问题？你们计算出结果了吗？让我们一起来分析一
4、下.课件展示：1+2+22+2 63=?师 我们将各格所放的麦粒数看成是一个数列，那么我们得到的就是一个等比数列.它的首项是1，公比是2，求第1个格子到第64个格子所放的麦粒数总和，就是求这个等比数列的前64项的和.现在我们来思考一下这个式子的计算方法：记S=1+2+22+23+2 63，式中有64项，后项与前项的比为公比2，当每一项都乘以2后，中间有62项是对应相等的，作差可以相互抵消.课件展示：S=1+2+22+23+2 63,2S=2+22+23+263+264,-得2S-S=2 64-1.264-1这个数很大，超过了1.8410 19，假定千粒麦子的质量为40 g，那么麦粒的总质量超过
5、了7 000亿吨.而目前世界年度小麦产量约60亿吨，因此，国王不能实现他的诺言.师 国王不假思索地给国际象棋发明者一个承诺，导致了一个很不幸的后果的发生，这都是他不具备基本的数学知识所造成的.而避免这个不幸的后果发生的知识，正是我们这节课所要探究的知识.推进新课合作探究师 在对一般形式推导之前，我们先思考一个特殊的简单情形：1+q+q2+qn=？师 这个式子更突出表现了等比数列的特征，请同学们注意观察.生 观察、独立思考、合作交流、自主探究.师 若将上式左边的每一项乘以公比q，就出现了什么样的结果呢？生 q+q2+qn+q n+1.生 每一项就成了它后面相邻的一项.师 对上面的问题的解决有什么
6、帮助吗？师 生共同探索：如果记Sn=1+q+q2+qn,那么qSn=q+q2+qn+q n+1.要想得到Sn，只要将两式相减，就立即有(1-q)Sn=1-qn.师 提问学生如何处理，适时提醒学生注意q的取值.生 如果q1，则有.师 当然，我们还要考虑一下如果q1问题是什么样的结果.生 如果q1，那么Sn=n.师 上面我们先思考了一个特殊的简单情形，那么，对于等比数列的一般情形我们怎样思考？课件展示：a1+a2+a3+an=？教师精讲师 在上面的特殊简单情形解决过程中，蕴含着一个特殊而且重要的处理问题的方法，那就是“错位相减，消除差别”的方法.我们将这种方法简称为“错位相减法”.师 在解决等比数
7、列的一般情形时，我们还可以使用“错位相减法”.如果记Sn=a1+a2+a3+an,那么qSn=a1q+a2q+a3q+anq,要想得到Sn，只要将两式相减，就立即有(1-q)Sn=a1-anq.师 再次提醒学生注意q的取值.如果q1，则有.师 上述过程如果我们略加变化一下，还可以得到如下的过程：如果记Sn=a1+a1q+a1q2+a1q n-1,那么qSn=a1q+a1q2+a1qn-1+a1qn,要想得到Sn，只要将两式相减，就立即有(1-q)Sn=a1-a1qn.如果q1，则有.师 上述推导过程，只是形式上的不同，其本质没有什么差别，都是用的“错位相减法”. 形式上，前一个出现的是等比数列
8、的五个基本量：a1,q,an,Sn,n中a1,q,an,Sn四个；后者出现的是a1,q,Sn,n四个，这将为我们今后运用公式求等比数列的前n项的和提供了选择的余地. 值得重视的是：上述结论都是在“如果q1”的前提下得到的.言下之意，就是只有当等比数列的公比q1时，我们才能用上述公式.师 现在请同学们想一想，对于等比数列的一般情形，如果q1问题是什么样的结果呢？ 生 独立思考、合作交流.生 如果q1，Sn=na1.师 完全正确.如果q1，那么Sn=nan.正确吗？怎么解释？生 正确.q1时，等比数列的各项相等，它的前n项的和等于它的任一项的n倍.师 对了，这就是认清了问题的本质.师 等比数列的前
9、n项和公式的推导还有其他的方法，下面我们一起再来探讨一下：合作探究思路一：根据等比数列的定义，我们有：,再由合比定理，则得,即,从而就有(1-q)Sn=a1-anq.(以下从略)思路二：由Sn=a1+a2+a3+an得Sn=a1+a1q+a2q+a n-1q=a1+q(a1+a2+a n-1)=a1+q(Sn-an),从而得(1-q)Sn=a1-anq.(以下从略)师 探究中我们们应该发现，Sn-S n-1=an是一个非常有用的关系，应该引起大家足够的重视.在这个关系式中，n的取值应该满足什么条件？生 n1.师 对的，请同学们今后多多关注这个关系式：Sn-S n-1=an，n1.师 综合上面的
10、探究过程，我们得出：或者例题剖析【例题1】 求下列等比数列的前8项的和：(1),；(2)a1=27,a9=,q0.合作探究师生共同分析：由(1)所给条件，可得，,求n8时的和，直接用公式即可.由(2)所给条件，需要从中获取求和的条件，才能进一步求n8时的和.而a9=a1q8，所以由条件可得q8= =，再由q0，可得，将所得的值代入公式就可以了.生 写出解答：(1)因为,，所以当n8时，.(2)由a1=27,，可得，又由q0，可得,于是当n8时，.【例题2】 某商场今年销售计算机5 000台，如果平均每年的销售量比上一年的销售量增加10%，那么从今年起，大约几年可使总销售量达到30 000台(结
11、果保留到个位)？师 根据题意，从中发现等比关系，从中抽象出等比数列，并明确这是一个已知Sn=30 000求n的问题.生 理解题意，从中发现等比关系，并找出等比数列中的基本量，列式，计算.解：根据题意，每年的销售量比上一年增加的百分率相同，所以，从今年起，每年销售量组成一个等比数列an，其中a1=5 000,q=1+10%=1.1,Sn=30 000.于是得到,整理得1.1n=1.6,两边取对数，得nlg1.1=lg1.6,用计算器算得5(年).答：大约5年可以使总销售量达到30 000台.练习：教材第66页，练习第1、2、3题.课堂小结本节学习了如下内容：1.等比数列前n项和公式的推导；特别是
12、在推导过程中，学到了“错位相减法”.2.等比数列前n项和公式的应用.因为公式涉及到等比数列的基本量中的4个量，一般需要知道其中的3个，才能求出另外一个量.另外应该注意的是，由于公式有两个形式，在应用中应该根据题意所给的条件，适当选择运用哪一个公式.在使用等比数列求和公式时，注意q的取值是至关重要的一个环节，需要放在第一位来思考.布置作业课本第69页习题2.5 A组第1、2、3题.板书设计等比数列前n项和公式的推导与应用等比数列的前n项和公式情境问题的推导 一般情形的推导 例1练习：(学生板演) 例2练习：(学生板演)习题详解（课本第66页练习）1.(1).(2).2.设这个等比数列的公比为q，
13、S10=(a1+a2+a5)+(a6+a7+a10)=S5+q5S5=S5(1+q5)=50，同理，S15=S10+q10S5.因为S5=10，所以由得q5=-1=4q10=16,代入，得S15=S10+q10S5=50+1610=210.另解：因为等比数列中，S5,S10-S5,S15-S10也成等比数列,已知S5=10，S10-S5=50-10=40，所以S15-S10=,S15=160+50=210.3.该市近10年内每年的国内生产总值构成一个等比数列，首项a1=2 000，公比q=1.1, 设近10年内每年的国内生产总值是S 10，则S10=3.187104(亿元).备课资料数学神童维
14、纳的年龄20世纪著名数学家诺伯特维纳，从小就智力超常，三岁时就能读写，十四岁时就大学毕业了.几年后，他又通过了博士论文答辩，成为美国哈佛大学的科学博士.在博士学位的授予仪式上，执行主席看到一脸稚气的维纳，颇为惊讶，于是就当面询问他的年龄.维纳不愧为数学神童，他的回答十分巧妙：“我今年岁数的立方是个四位数，岁数的四次方是个六位数，这两个数，刚好把十个数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9全都用上了，不重不漏.这意味着全体数字都向我俯首称臣，预祝我将来在数学领域里一定能干出一番惊天动地的大事业.”维纳此言一出，四座皆惊，大家都被他的这道妙题深深地吸引住了.整个会场上的人，都在议论他的年龄问题.
15、其实这个问题不难解答，但是需要一点数字“灵感”.不难发现，21的立方是四位数，而22的立方已经是五位数了，所以维纳的年龄最多是21岁；同样道理，18的四次方是六位数，而17的四次方则是五位数了，所以维纳的年龄至少是18岁.这样，维纳的年龄只可能是18、19、20、21这四个数中的一个.剩下的工作就是“一一筛选”了.20的立方是8 000，有3个重复数字0，不合题意.同理，19的四次方等于130 321，21的四次方等于194 481，都不合题意.最后只剩下一个18，是不是正确答案呢？验算一下，18的立方等于5 832，四次方等于104 976，恰好“不重不漏”地用完了十个阿拉伯数字，多么完美的
16、组合！这个年仅18岁的少年博士，后来果然成就了一番大事业：他成为信息论的前驱和控制论的奠基人.数学王子高斯高斯(17771855)，高斯是德国数学家，也是科学家，他和牛顿、阿基米德，被誉为有史以来的三大数学家.高斯是近代数学奠基者之一，在历史上影响之大，可以和阿基米德、牛顿、欧拉并列，有“数学王子”之称.他幼年时就表现出超人的数学天才.1795年进入格丁根大学学习.第二年他就发现正十七边形的尺规作图法.并给出可用尺规作出的正多边形的条件，解决了欧几里得以来悬而未决的问题.高斯的数学研究几乎遍及所有领域，在数论、代数学、非欧几何、复变函数和微分几何等方面都作出了开创性的贡献.他还把数学应用于天文
17、学、大地测量学和磁学的研究，发明了最小二乘法原理.高斯的数论研究，总结在算术研究(1801)中，这本书奠定了近代数论的基础，它不仅是数论方面的划时代之作，也是数学史上不可多得的经典著作之一.高斯对代数学的重要贡献是证明了代数基本定理，他的存在性证明开创了数学研究的新途径.高斯在1816年左右就得到非欧几何的原理.他还深入研究复变函数，建立了一些基本概念,发现了著名的柯西积分定理.他还发现椭圆函数的双周期性，但这些工作在他生前都没发表出来.1828年高斯出版了关于曲面的一般研究，全面系统地阐述了空间曲面的微分几何学，并提出内蕴曲面理论.高斯的曲面理论后来由黎曼发展.高斯一生共发表155篇论文，他
18、对待学问十分严谨，只是把他自己认为是十分成熟的作品发表出来.其著作还有地磁概念和论与距离平方成反比的引力和斥力的普遍定律等.高斯最出名的故事就是他十岁时，小学老师出了一道算术难题：“计算123+100？”.这可难为初学算术的学生，但是高斯却在几秒后将答案解了出来，他利用算术级数(等差级数)的对称性，然后就像求得一般算术级数和的过程一样，把数目一对对的凑在一起：1100，299，398，4952，5051,而这样的组合有50组，所以答案很快的就可以求出是：101505 050.1801年高斯有机会戏剧性地施展他的优势的计算技巧.那年的元旦，有一个后来被证为小行星并被命名为谷神星的天体被发现，当时
19、它好像在向太阳靠近，天文学家虽然有40天的时间可以观察它，但还不能计算出它的轨道.高斯只作了3次观测就提出了一种计算轨道参数的方法，而且达到的精确度使得天文学家在1801年末和1802年初能够毫无困难地再确定谷神星的位置.高斯在这一计算方法中用到了他大约在1794年创造的最小二乘法(一种可从特定计算得到最小的方差和中求出最佳估值的方法)，在天文学中这一成就立即得到公认.他在天体运动理论中叙述的方法今天仍在使用，只要稍作修改就能适应现代计算机的要求.高斯在小行星“智神星”的测算方面也获得类似的成功.由于高斯在数学、天文学、大地测量学和物理学中的杰出研究成果，他被选为许多科学院和学术团体的成员.“数学之王”的称号是对他一生恰如其分的赞颂.
