递减求和公式级数求和公式

用平方数总结“123 n”时,如果一个能道)爱颜)的小学生问“nn ^ 1)2n ^ 1)/6”这个公式是从哪里来的,你有什么办法可以给他解释一下吗?

证明方法有很多——高阶邻居减法和累加法、阿贝尔恒等式变换、金字塔立方体法、待定系数法、摄动法.

但作为小学数学老师,老师和很多老师一样,认为“踢三角”是最适合小学生的证明方法。

这种方法简单直观,能使小学生充分体会到“数形结合”的奇妙.

看到这里,你可能已经预测到老师会画一个三角形,开始讲“踢一脚”和“踢另一脚”的“踢三角法”——

不要。

你不用踢脚,最好叠起来。

3354确认了眼神,这是干货~

以下是老师的原创内容:将“踢三角”转化为“RGB重叠三角”!

“RGB叠三角”其实是“高斯倒序相加求和法”的进阶版.

既然我们愿意给孩子讲“高斯小时候熟练地从1数到100”的故事,我们就应该“做个好人到底”。

“RGB重叠三角形”的正确学习方法应该分为以下三个阶段——

高斯求和 平方数之和 自然数乘以算术数之和。

1 2 3 4) 4 3 2 1)=1 4) 2 3) 3 2) 4 1)

以上是高斯求和:在原公式的基础上再增加一个副本,然后逆序添加,就会看到“项目相等”的奇妙现象!

平方和“1234”可视为“11 22 33 44”,即——。

1223334444

如果我们仍然模仿高斯求和,复制原来的公式,以相反的顺序添加——。

14444223333332244441

o o)….呃~

以上几行不相等.失败。

这是因为平方数之和的第n项“n”随着数n以平坦的方式增加,变得“更轻更重”。

由于以相反的顺序添加一个副本不再有效,那么将——加倍并复制两个副本,然后添加——

1223334444

00-1010红色半透明塑料板命名为R,绿色半透明塑料板命名为G,蓝色半透明塑料板命名为B,R、G、B上三角表的“1”分别在三个不同方向上下重叠3354

高斯求和——会出现“等项”现象。

R、G、B重叠后,三角表每个位置有三个数字,每个位置三个数字之和等于“1 4 4”。

上面有“1 2 3 4”的“等和”,所以——

R G B=1 4 4)1 2 3 4)

因为r=g=b=1 2 3 4,所以——

1 2 3 4=1 4 4)1 2 3 4)/3=1 42)[1 4)4/2]/3=1 42)44 1)/6

如果将上述公式中的“4”扩展为“n”,则有——。

1 2 3 n=1 2n)n

n+1)/6=nn+1)2n+1)/6

以上是平方数求和公式的“RGB叠三角”证明法.

还没完,接下来我们继续介绍——

“自然数乘等差数”的求和方法.

(自然数乘等差数即自然数列1~n与等差数列A1~An序号相等的每一项相乘再求和.)

设R=G=B=1×1+2×3+3×5+4×7,则有——

仍然会出现高斯求和中“项项相等”的现象——

R、G、B重叠后的三角形数表的每个位置都叠放有三个数,且每个位置的三个数之和都等于“1+7+7”.

以上那些“相等的和”一共有“1+2+3+4”个,所以——

R+G+B=1+7+7)×1+2+3+4)

又因为R=G=B=1×1+2×3+3×5+4×7,所以——

1×1+2×3+3×5+4×7=1+7+7)×1+2+3+4)/3=1+7×2)×[1+4)×4/2]/3=1+7×2)×4×4+1)/6

如果把上式中的“4”推广到“n”,另设“An”为等差数列第n项,设“A1”为等差数列首项,则有——

1×1+2×3+3×5+···+n×An=A1+2An)nn+1)/6=nn+1)2An+A1)/6

以上就是“自然数乘等差数”的求和公式,特别地,当An=n时,以上公式退化为——

nn+1)2n+1)/6

没错,平方数求和公式其实是“自然数乘等差数”求和公式的特殊情况.


最后⑨老师想说的是,数学证明往往是给看似不相关的两样东西画上等号——这是非常需要灵感的.

灵感通常被描述为一瞬间打开了纵观全局的上帝视角.

这种视角,往往是把概念、数据、符号、算式图形化、结构化、等量转化——

这也是为什么⑨老师推荐大家多多去体会“数形结合”,比如金字塔数求和——

1+2+3+4+3+2+1=?

一个4×4的点阵,从正常角度来看它就是4行4列即“4+4+4+4”,而按照斜线来求和却是“1+2+3+4+3+2+1”,于是我们把“同一数量的两种不同表达用等号连接”:

1+2+3+4+3+2+1=4×4

要知道,数学最重要的就是各种等式,而神奇公式等号连接的两侧,几乎都是我们认为风马牛不相及的东西——

e^πi)=-1

Published by

风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注