师:同学们好,今天我们一起来学习人教A版必修5第二章等比数列第一课时。首先,请同学们观察细胞分裂的过程:一个细胞分裂成两个,两个分裂成4个,以此类推,一个细胞每次分裂的细胞个数就构成了数列。
实例二,我国古代学者提出“一尺之锤,日取其半,万世不竭”,这是什么意思呢?也就是说一尺长的木棒,每天取它的一半,那么永远也取不尽。木棒每天所剩的长度就构成了一个数列。
实例三,一种计算机病毒可以查找计算机中的地址簿,并通过邮件进行传播。把病毒制造者发送病毒称为第一轮,邮件接收者发送病毒称为第二轮,以此类推。假设每一轮每一台计算机都感染20台计算机,在不重复的情况下,这种病毒每一轮感染的计算机数构成的数列是……
实例四,有一种支付利息的方式,是把前一期的利息和本金加在一起算作本金,再算下一期的利息,也就是通常所说的利滚利。现在存入银行1万元钱,年利率是1.98% 。第一年年末本利和为1万乘以1.0198;第二年年初本金即为第一年的年末本利和,那么第二年的年末本利和即为1万乘以1.0198的平方;第三年的年末本利和为1万乘以1.0198的三次方……图表所示,每一年年末本利和就构成了一个数列。
请同学们思考,以下数列有什么共同特点?即从第二项起,每一项与前一项的比都等于同一个常数。把具有这样共同特点的数列,我们称它为等比数列。它的完整定义是什么呢?一般地,如果一个数列从第二项起,每一项与它的前一项的比都等于同一个常数,那么这个数列就叫做等比数列。这个常数叫做等比数列的公比,常用字母q表示。
那么,等比数列定义的数学符号语言如何描述呢?$a_{n + 1} \div a_{n} = q$($q \neq 0$,$n \in N^+$),满足这样特点的数列,我们称它为等比数列。这里$q \neq 0$,为什么呢?由定义可知,数列的每一项都有可能做分母,分母不能为0,所以这里$q \neq 0$。反过来,如果告诉你数列${a_{n}}$为等比数列,也一定能得到这样的式子成立。我们可以通过这个式子去判断一个数列是否成等比数列,这种方法可以称作定义法判断等比数列。再次强调,定义当中同学们一定要注意,等比数列中的各项不等于0,也就是$a_{n} \neq 0$,$q \neq 0$。若$q \lt 0$,等比数列呈现怎样的特点呢?会正负交替。为什么呢?当等比数列首项$a_{1} \gt 0$,公比$q \lt 0$,则第二项$a_{2} \lt 0$,第三项$a_{3} \gt 0$;如果首项$a_{1} \lt 0$,公比$q \lt 0$,则第二项$a_{2} \gt 0$。呈现正负交替的特点。
接下来,我们就对公比$q$进行全面的探究。这里规定首项$a_{1} \gt 0$时,当$0 \lt q \lt 1$,数列${a_{n}}$为递减数列;当公比$q \gt 1$,等比数列${a_{n}}$为递增数列;当公比$q = 1$时,等比数列${a_{n}}$为常数列;公比$q \lt 0$时,等比数列${a_{n}}$为摆动数列。
请问同学们,有没有一个数列它既是等比又是等差呢?答案是当公比$q = 1$时的等比数列,即非0的常数列。那么课下同学们思考一下,如果首项$a_{1} \lt 0$时,$q$对数列${a_{n}}$的单调性有何影响?
我们类比等差数列的学习,等差数列有等差中项这个性质,那么等比数列它是否也具有呢?答案是肯定的。若$a$,$G$,$b$成等比数列,$G$叫做$a$与$b$的等比中项。也就是说$a$,$G$,$b$这三个数成等比,一定能得到什么呢?一定能得到$G^2 = a \times b$,怎么得到的呢?是由定义推导而来。反过来,$G^2 = a \times b$,是否能得到$a$,$G$,$b$三个数成等比呢?回答是不一定能推导出。因为这里的$a \times b$必须大于0,也就是说$a$,$b$这两数必须同号才等价。以后我们可以对于涉及到三个数是否成等比,用等比中项来进行判断。
接下来,请问 - 10和10是否存在等比中项?存在吗?理由是 - 10和10这两数异号,所以不存在。第二小题,如果$a$,$b$有等比中项,它们应该满足什么条件呢?很容易回答,也就是说,如果两数同号才有等比中项。同学们注意,等比中项$G^2 = a b$,$G$可以开方等于$\pm\sqrt{ab}$,正负到底取哪一个呢?
接下来,请同学们完成课堂练习。第一小题,$x$,2,8成等比数列,则这里的$x$等于多少呢?观察2和8这两数都是正数,所以$x$的值是存在的。根据等比中项的定义,所以$x^2 = 2 \times 8$,即$x = \pm4$。这里正号、负号都可取吗?是的,因为这一题没有任何条件限制。
咱们看第2小题,$x$,2,8, - 16成等比数列,$x$的值跟第一小题还一样吗?不一样啦。为什么?因为第二小题它多了一个条件,它告诉你四项成等比,并且第三项、第四项是具体的8和 - 16,可以通过它得到公比$q = - 2 \lt 0$,所以这里的$x$咱们只能取负号,即$x = - 4$。
