数学人教A版 (2019)4.2 等差数列优秀教学设计及反思

这是一份数学人教A版 (2019)4.2 等差数列优秀教学设计及反思，共8页。

本节课选自《2019人教A版高中数学选择性必修二》第四章《数列》，本节课主要学习等差数列的前n项和公式（2）
数列是高中代数的主要内容，它与数学课程的其它内容（函数、三角、不等式等）有着密切的联系，又是今后学习高等数学的基础，所以在高考中占有重要地位。
数列是培养学生数学能力的良好题材。等差数列前n项和公式的推导过程中，让学生经历公式的推导过程，体会数形结合的数学思想，体验从特殊到一般的研究方法，学会观察、归纳、反思，进一步培养学生灵活运用公式的能力。发展学生逻辑推理、直观想象、数学运算和数学建模的的核心素养。
重点： 求等差数列前n项和的最值
难点： 等差数列前n项和的性质及应用
多媒体
由于教师不仅是知识的传授者，而且也是学生学习的引导者、组织者和合作者。所以我采用“问题情景---建立模型---求解---解释---应用”的教学模式，启发引导学生通过对问题的亲身动手探求、体验，获得不仅是知识，更重要的是掌握了在今后的发展中用这种手段去获取更多的知识的方法。这是“教师教给学生寻找水的方法或给学生一杯水，使学生能找到一桶水乃至更多活水”的求知方式。多媒体可以使教学内容生动、形象、鲜明地得到展示。
课程目标
学科素养
A.等差数列掌握等差数列前n项和的性质及应用.
B.会求等差数列前n项和的最值.
1.数学抽象：等差数列前n项和公式
2.逻辑推理：等差数列前n项和公式与二次函数
3.数学运算：等差数列前n项的应用
4.数学建模：等差数列前n项的具体应用
教学过程
教学设计意图
核心素养目标
课前小测
1．思考辨析
(1)若Sn为等差数列{an}的前n项和，则数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(Sn,n)))也是等差数列．( )
(2)若a1>0，d<0，则等差数列中所有正项之和最大．( )
(3)在等差数列中，Sn是其前n项和，则有S2n－1＝(2n－1)an.( )
[答案] (1)√ (2)√ (3)√
2．在项数为2n＋1的等差数列中，所有奇数项的和为165，所有偶数项的和为150，则n等于( )
A．9 B．10 C．11 D．12
B [∵eq \f(S奇,S偶)＝eq \f(n＋1,n)，∴eq \f(165,150)＝eq \f(n＋1,n).∴n＝10.故选B项．]
3．等差数列{an}中，S2＝4，S4＝9，则S6＝________.
15 [由S2，S4－S2，S6－S4成等差数列得2(S4－S2)＝S2＋(S6－S4)解得S6＝15.]
4．已知数列{an}的通项公式是an＝2n－48，则Sn取得最小值时，n为________.
23或24 [由an≤0即2n－48≤0得n≤24.∴所有负项的和最小，即n＝23或24.]
二、典例解析
例8.某校新建一个报告厅，要求容纳800个座位，报告厅共有20排座位，从第2排起后一排都比前一排多两个座位. 问第1排应安排多少个座位？
分析：将第1排到第20排的座位数依次排成一列，构成数列{an} ，设数列{an} 的前n项和为Sn。由题意可知， {an}是等差数列，且公差及前20项和已知，所以可利用等差数列的前n项和公式求首项。
解：设报告厅的座位从第1排到第20排，各排的座位数依次排成一列，构成数列{an}，其前n项和为Sn.根据题意，数列{an}是一个公差为2的等差数列，且S20＝800.
由S20=20a1+20×(20−1)2 ×2=800，可得； a1 =21
因此，第1排应安排21个座位。
解得a1＝21.
因此，第1排应安排21个座位.
1．本题属于与等差数列前n项和有关的应用题，其关键在于构造合适的等差数列．
2．遇到与正整数有关的应用题时，可以考虑与数列知识联系，建立数列模型，具体解决要注意以下两点：
(1)抓住实际问题的特征，明确是什么类型的数列模型．
(2)深入分析题意，确定是求通项公式an，或是求前n项和Sn，还是求项数n.
跟踪训练1. 某抗洪指挥部接到预报，24小时后有一洪峰到达，为确保安全，指挥部决定在洪峰到来之前临时筑一道堤坝作为第二道防线．经计算，除现有的参战军民连续奋战外，还需调用20台同型号翻斗车，平均每辆车工作24小时．从各地紧急抽调的同型号翻斗车目前只有一辆投入使用，每隔20分钟能有一辆翻斗车到达，一共可调集25辆，那么在24小时内能否构筑成第二道防线？
分析：因为每隔20分钟到达一辆车，所以每辆车的工作量构成一个等差数列．工作量的总和若大于欲完成的工作量，则说明24小时内可完成第二道防线工程．
解:从第一辆车投入工作算起，各车工作时间(单位：小时)依次设为a1，a2，…，a25.由题意可知，此数列为等差数列，且a1＝24，公差d＝－eq \f(1,3).
25辆翻斗车完成的工作量为：a1＋a2＋…＋a25＝25×24＋25×12×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,3)))＝500，而需要完成的工作量为24×20＝480.∵500>480，
∴在24小时内能构筑成第二道防线．
例9.已知等差数列{an}的前n项和为Sn，若a1＝10，公差d＝－2，Sn是否存在最大值？若存在，求Sn的最大值及取得最大值时n的值；若不存在，请说明理由.
分析：由a1>0和d<0，可以证明{an}是递减数列，且存在正整数k，使得当n≥k时，an<0,Sn递减，这样，就把求Sn的最大值转化为求{an}的所有正数项的和。
另一方面，等差数列的前n项和公式可写成 Sn=d2 n2+a1−d2n
，所以当d≠0时， Sn可以看成二次函数y=d2 x2+a1−d2x(x∈R)
，当x= n时函数值。如图，当d< 0时， Sn关于n的图像是一条开口向下的抛物线上的一些点，因此，可以利用二次函数求相应的n, Sn的值。
解法1.由d＝－2，得an＋1－an＝－2＜0，得an＋1＜an ，所以{an}是递减数列. 由a1＝10，d＝－2，
得an＝10＋(n－1)×(－2) ＝－2n＋12.
可知，当n＜6时，an＞0；
当n＝6时，an＝0；
当n＞6时，an＜0.
所以, S1＜S2＜…＜S5＝S6＞ S7＞…
也就是说，当n＝5或6时，Sn最大.
因为S5=52×2×10+(5−1)×(−2) =30
所以Sn的最大值为30.
解法2：因为由a1＝10，d＝－2，
因为 Sn=d2 n2+a1−d2n=−n2+11n=−n−1122+1214
所以，当n取与112 最接近的整数，
即5或6时，Sn最大，最大值为30.
1.在等差数列中，求Sn的最小(大)值的方法：
(1)利用通项公式寻求正、负项的分界点，则从第一项起到分界点该项的各项和为最大(小)．
(2)借助二次函数的图象及性质求最值．
2．寻求正、负项分界点的方法：
(1)寻找正、负项的分界点来寻找．
(2)利用到y＝ax2＋bx(a≠0)的对称轴距离最近的左侧的一个正数或离对称轴最近且关于对称轴对称的两个整数对应项即为正、负项的分界点．
跟踪训练2. 数列{an}的前n项和Sn＝33n－n2，
(1)求{an}的通项公式；
(2)问{an}的前多少项和最大；
(3)设bn＝|an|，求数列{bn}的前n项和Sn′.
分析：(1)利用Sn与an的关系求通项，也可由Sn的结构特征求a1，d，从而求出通项．
(2)利用Sn的函数特征求最值，也可以用通项公式找到通项的变号点求解
(3)利用an判断哪些项是正数，哪些项是负数，再求解，也可以利用Sn的函数特征判断项的正负求解．
[解] (1)法一：(公式法)当n≥2时，an＝Sn－Sn－1＝34－2n，
又当n＝1时，a1＝S1＝32＝34－2×1满足an＝34－2n.
故{an}的通项公式为an＝34－2n.
法二：(结构特征法)由Sn＝－n2＋33n知Sn是关于n的缺常数项的二次型函数，所以{an}是等差数列，由Sn的结构特征知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(d,2)＝－1，,a1－\f(d,2)＝33，))
解得a1＝32，d＝－2，所以an＝34－2n.
(2)法一：(公式法)令an≥0，得34－2n≥0，所以n≤17，
故数列{an}的前17项大于或等于零．
又a17＝0，故数列{an}的前16项或前17项的和最大．
法二：(函数性质法)由y＝－x2＋33x的对称轴为x＝eq \f(33,2).
距离eq \f(33,2)最近的整数为16,17.由Sn＝－n2＋33n的
图象可知：当n≤17时，an≥0，当n≥18时，an<0，
故数列{an}的前16项或前17项的和最大．
(3)由(2)知，当n≤17时，an≥0；
当n≥18时，an<0.
所以当n≤17时，Sn′＝b1＋b2＋…＋bn
＝|a1|＋|a2|＋…＋|an|
＝a1＋a2＋…＋an＝Sn＝33n－n2.
当n≥18时，
Sn′＝|a1|＋|a2|＋…＋|a17|＋|a18|＋…＋|an|
＝a1＋a2＋…＋a17－(a18＋a19＋…＋an)
＝S17－(Sn－S17)＝2S17－Sn
＝n2－33n＋544.
故Sn′＝eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(33n－n2n≤17，,n2－33n＋544n≥18.))
通过课前检测，检测学生对知识的掌握情况。发展学生数学抽象、数学运算、数学建模的核心素养。
通过等差数列前n项在实际问题中的应用。发展学生数学抽象和数学建模的核心素养。
通过典型例题，加深学生对等差数列求和公式函数特征的理解。发展学生逻辑推理，直观想象、数学抽象和数学运算的核心素。
通过典型例题，加深学生对等差数列求和公式的综合运用能力。发展学生逻辑推理，直观想象、数学抽象和数学运算的核心素
三、达标检测
1．（多选题）已知Sn是等差数列{an}的前n项和，且S6>S7>S5，有下列四个命题正确的是( )
A.d<0； B.S11>0； C.S12<0； D.数列{Sn}中的最大项为S11
【答案】AB
解析∵S6>S7，∴a7<0，∵S7>S5，∴a6＋a7>0，
∴a6>0，∴d<0，A正确．又S11＝eq \f(11,2)(a1＋a11)＝11a6>0，B正确．
S12＝eq \f(12,2)(a1＋a12)＝6(a6＋a7)>0，C不正确．{Sn}中最大项为S6，D不正确．
故正确的是AB]
2．已知等差数列{an}中，|a5|＝|a9|，公差d>0，则使得前n项和Sn取得最小值的正整数n的值是________．
【答案】6或7
[由|a5|＝|a9|且d>0得a5<0，a9>0，且a5＋a9＝0⇒2a1＋12d＝0⇒
a1＋6d＝0，即a7＝0，故S6＝S7且最小．]
3．已知数列{an}的前n项和公式为Sn＝n2－30n.
(1)求数列 {an}的通项公式an；
(2)求Sn的最小值及对应的n值.
【答案】 (1)∵Sn＝n2－30n，
∴当n＝1时，a1＝S1＝－29.
当n≥2时，an＝Sn－Sn－1＝(n2－30n)－[(n－1)2－30(n－1)]＝2n－31.
∵n＝1也适合，
∴an＝2n－31，n∈N*.
(2)法一：Sn＝n2－30n＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n－15))2－225
∴当n＝15时，Sn最小，且最小值为S15＝－225.
法二：∵an＝2n－31，∴a115时，an>0.
∴当n＝15时，Sn最小，且最小值为S15＝－225.
通过练习巩固本节所学知识，通过学生解决问题，发展学生的数学运算、逻辑推理、直观想象、数学建模的核心素养。
四、小结
等差数列前n项和Sn的最值
(1)若a1<0，d>0，则数列的前面若干项为负数项(或0)，所以将这些项相加即得{Sn}的最小值．
(2)若a1>0，d<0，则数列的前面若干项为正数项(或0)，所以将这些项相加即得{Sn}的最大值．
特别地，若a1>0，d>0，则S1是{Sn}的最小值；若a1<0，d<0，则S1是{Sn}的最大值．
五、课时练
通过总结，让学生进一步巩固本节所学内容，提高概括能力。