小学奥数知识点：找简单数列的规律 （六）

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找简单数列的规律

　　日常生活中，我们经常接触到许多按一定顺序排列的数，如：

　　自然数：1，2，3，4，5，6，7，… （1）

　　年份：1990，1991，1992，1993，1994，1995，1996 （2）

　　某年级各班的学生人数（按班级顺序一、二、三、四、五班排列）

　　45，45，44，46，45 （3）

　　像上面的这些例子，按一定次序排列的一列数就叫做数列.数列中的每一个数都叫做这个数列的项，其中第1个数称为这个数列的第1项，第2个数称为第2项，…，第n个数就称为第n项.如数列（3）中，第1项是45，第2项也是45，第3项是44，第4项是46，第5项45。

　　根据数列中项的个数分类，我们把项数有限的数列（即有有穷多个项的数列）称为有穷数列，把项数无限的数列（即有无穷多个项的数列）称为无穷数列，上面的几个例子中，（2）（3）是有穷数列，（1）是无穷数列。

　　研究数列的目的是为了发现其中的内在规律性，以作为解决问题的依据，本讲将从简单数列出发，来找出数列的规律。

例1 观察下面的数列，找出其中的规律，并根据规律，在括号中填上合适的数.

　　①2，5，8，11，（），17，20。

　　②19，17，15，13，（），9，7。

　　③1，3，9，27，（），243。

　　④64，32，16，8，（），2。

　　⑤1，1，2，3，5，8，（），21，34…

　　⑥1，3，4，7，11，18，（），47…

　　⑦1，3，6，10，（），21，28，36，（）.

　　⑧1，2，6，24，120，（），5040。

　　⑨1，1，3，7，13，（），31。

　　⑩1，3，7，15，31，（），127，255。

　　(11)1，4，9，16，25，（），49，64。

　　(12)0，3，8，15，24，（），48，63。

　　(13)1，2，2，4，3，8，4，16，5，（）.

　　(14)2，1，4，3，6，9，8，27，10，（）.

分析与解答

　　①不难发现，从第2项开始，每一项减去它前面一项所得的差都等于3.因此，括号中应填的数是14，即：11＋3=14。

　　② 同①考虑，可以看出，每相邻两项的差是一定值2.所以，括号中应填11，即：13—2=11。

　　不妨把①与②联系起来继续观察，容易看出：数列①中，随项数的增大，每一项的数值也相应增大，即数列①是递增的；数列②中，随项数的增大，每一项的值却依次减小，即数列②是递减的.但是除了上述的不同点之外，这两个数列却有一个共同的性质：即相邻两项的差都是一个定值.我们把类似①②这样的数列，称为等差数列.

　　③1，3，9，27，（），243。

　　此数列中，从相邻两项的差是看不出规律的，但是，从第2项开始，每一项都是其前面一项的3倍.即：3=1×3，9= 3×3， 27=9×3.因此，括号中应填 81，即 81= 27×3，代入后， 243也符合规律，即 243＝81×3。

　　④64，32，16，8，（），2

　　与③类似，本题中，从第1项开始，每一项是其后面一项的2倍，即：

　　因此，括号中填4，代入后符合规律。

　　综合③④考虑，数列③是递增的数列，数列④是递减的数列，但它们却有一个共同的特点：每列数中，相邻两项的商都相等.像③④这样的数列，我们把它称为等比数列。

　　⑤ 1， 1， 2， 3， 5， 8，（ ）， 21， 34…

　　首先可以看出，这个数列既不是等差数列，也不是等比数列.现在我们不妨看看相邻项之间是否还有别的关系，可以发现，从第3项开始，每一项等于它前面两项的和.即2=1+1，3=2+1，5=2+3，8=3＋5.因此，括号中应填的数是 13，即 13=5+8， 21=8+13， 34=13+21。

　　这个以1，1分别为第1、第2项，以后各项都等于其前两项之和的无穷数列，就是数学上有名的斐波那契数列，它来源于一个有趣的问题：如果一对成熟的兔子一个月能生一对小兔，小兔一个月后就长成了大兔子，于是，下一个月也能生一对小兔子，这样下去，假定一切情况均理想的话，每一对兔子都是一公一母，兔子的数目将按一定的规律迅速增长，按顺序记录每个月中所有兔子的数目（以对为单位，一月记一次），就得到了一个数列，这个数列就是数列⑤的原型，因此，数列⑤又称为兔子数列，这些在高年级递推方法中我们还要作详细介绍。

　　⑥1， 3， 4， 7， 11， 18，（ ），47…

　　在学习了数列⑤的前提下，数列⑥的规律就显而易见了，从第3项开始，每一项都等于其前两项的和.因此，括号中应填的是29，即 29=11＋18。

　　数列⑥不同于数列⑤的原因是：数列⑥的第2项为3，而数列⑤为1，数列⑥称为鲁卡斯数列。

　　⑦1，3，6，10，（ ）， 21， 28， 36，（ ）。

方法1：继续考察相邻项之间的关系，可以发现：

　　因此，可以猜想，这个数列的规律为：每一项等于它的项数与其前一项的和，那么，第5项为15，即15=10+5，最后一项即第 9项为 45，即 45＝36＋9.代入验算，正确。

方法2：其实，这一列数有如下的规律：

　　第1项：1=1

　　第2项：3=1＋2

　　第3项：6=1+2+3

　　第4项：10=1+2+3+4

　　第5项：（ ）

　　第6项：21=1+2+3+4+5+6

　　第7项：28=1+2+3+4+5+6+7

　　第8项；36=1+2+3+4+5+6+7+8

　　第9项：（ ）

　　即这个数列的规律是：每一项都等于从1开始，以其项数为最大数的n个连续自然数的和.因此，

　　第五项为15，即：15= 1+ 2+ 3+ 4+ 5；

　　第九项为45，即：45=1+2+3+4+5+6+7+8+9。

　　⑧1，2，6，24，120，（ ），5040。

方法1：这个数列不同于上面的数列，相邻项相加减后，看不出任何规律.考虑到等比数列，我们不妨研究相邻项的商，显然：

　　所以，这个数列的规律是：除第1项以外的每一项都等于其项数与其前一项的乘积.因此，括号中的数为第6项720，即 720=120×6。

方法2：受⑦的影响，可以考虑连续自然数，显然：

　　第1项 1=1

　　第2项 2=1×2

　　第3项 6=1×2×3

　　第4项 24=1×2×3×4

　　第5项 120=1×2×3×4×5

　　第6项 （ ）

　　第7项 5040=1×2×3×4×5×6×7

　　所以，第6项应为 1×2×3×4×5×6=720

　　⑨1，1，3，7，13，（ ），31

　　与⑦类似：

　　可以猜想，数列⑨的规律是该项=前项+2×（项数-2）（第1项除外），那么，括号中应填21，代入验证，符合规律。

　　⑩1，3，7，15，31，（ ），127，255。

　　因此，括号中的数应填为63。

小结：寻找数列的规律，通常从两个方面来考虑：①寻找各项与项数间的关系；②考虑相邻项之间的关系.然后，再归纳总结出一般的规律。

　　事实上，数列⑦或数列⑧的两种方法，就是分别从以上两个不同的角度来考虑问题的.但有时候，从两个角度的综合考虑会更有利于问题的解决.因此，仔细观察，认真思考，选择适当的方法，会使我们的学习更上一层楼。

　　在⑩题中，1=2-1

　　3=22-1

　　7=23-1

　　15=24-1

　　31=25-1

　　127=27-1

　　255=28-1

　　所以，括号中为26-1即63。

　　（11）1，4，9，16，25，（ ），49，64.

　　1=1×1， 4=2×2， 9=3×3， 16=4×4， 25=5×5，49= 7×7，64=8×8，即每项都等于自身项数与项数的乘积，所以括号中的数是36。

　　本题各项只与项数有关，如果从相邻项关系来考虑问题，势必要走弯路。

　　(12)0，3，8，15，24，（ ）， 48， 63。

　　仔细观察，发现数列(12)的每一项加上1正好等于数列(11)，因此，本数列的规律是项=项数×项数-1.所以，括号中填35，即 35= 6×6-1。

　　(13)1， 2， 2， 4， 3， 8，4， 16， 5，（ ）。

　　前面的方法均不适用于这个数列，在观察的过程中，可以发现，本数列中的某些数是很有规律的，如1，2，3，4，5，而它们恰好是第1项、第3项、第5项、第7项和第9项，所以不妨把数列分为奇数项（即第1，3，5，7，9项）和偶数项（即第2，4，6，8项）来考虑，把数列按奇数和偶数项重新分组排列如下：

　　奇数项：1，2，3，4，5

　　偶数项：2，4，8，16 可以看出，奇数项构成一等差数列，偶数项构成一等比数列.因此，括号中的数，即第10项应为32（32=16×2）。

　　(14) 2， 1， 4， 3， 6， 9， 8， 27， 10，（ ）。

　　同上考虑，把数列分为奇、偶项：

　　偶数项：2，4，6，8，10

　　奇数项：1，3，9，27，（ ）.所以，偶数项为等差数列，奇数项为等比数列，括号中应填81（81=27×3）。

　　像(13)(14)这样的数列，每个数列中都含有两个系列，这两个系列的规律各不相同，类似这样的数列，称为双系列数列或双重数列。

例2 下面数列的每一项由3个数组成的数组表示，它们依次是：

　　（1，3，5），（2，6，10），（3，9，15）…问：第100个数组内3个数的和是多少？

　　方法1：注意观察，发现这些数组的第1个分量依次是：1，2，3…构成等差数列，所以第 100个数组中的第 1个数为100；这些数组的第2个分量 3，6，9…也构成等差数列，且3=3×1，6=3×2，9=3×3，所以第100个数组中的第2个数为3×100=300；同理，第3个分量为5×100=500，所以，第100个数组内三个数的和为100+300+500=900。

　　方法2：因为题目中问的只是和，所以可以不去求组里的三个数而直接求和，考察各组的三个数之和。

　　第1组：1+3+5=9，第2组：2+6+10=18

　　第3组：3+ 9+ 15= 27…，由于9=9×1，18= 9×2，27= 9×3，所以9，18，27…构成一等差数列，第100项为9×100=900，即第100个数组内三个数的和为900。

例3 按下图分割三角形，即：①把三角形等分为四个相同的小三角形（如图（b））；②把①中的小三角形（尖朝下的除外）都等分为四个更小的三角形（如图（C））…继续下去，将会得到一系列的图，依次把这些图中不重叠的三角形的个数记下来，成为一个数列：1，4，13，40…请你继续按分割的步骤，以便得到数列的前5项.然后，仔细观察数列，从中找出规律，并依照规律得出数列的第10项，即第9项分割后所得的图中不重叠的小三角形的个数.

　　分析与解答：

　　第4次分割后的图形如左图：

　　因此，数列的第5项为121。

　　这个数列的规律如下：

　　第1项1

　　第2项4=1+3

　　第3项13=4+3×3

　　第4项40=13+3×3×3

　　第5项121=40+3×3×3×3

　　或者写为：第1项 1=1

　　第2项4=1+31

　　第3项13=1＋3＋32

　　第4项 40=1＋3＋32＋33

　　第 5项 121=1＋3＋32+33＋34

　　因此，第10项也即第9次分割后得到的不重叠的三角形的个数是29524。

例4 在下面各题的五个数中，选出与其他四个数规律不同的数，并把它划掉，再从括号中选一个合适的数替换。

　　①42，20，18，48，24

　　（21，54，45，10）

　　②15，75，60，45，27

　　（50，70，30，9）

　　③42，126，168，63，882

　　（27，210，33，25）

解：①中，42、18、48、24都是6的倍数，只有20不是，所以，划掉20，用54代替。

　　② 15、 75、 60、 45都是 15的整数倍数，而 27不是，用30来替换27。

　　③同上分析，发现这些数中， 42、 126、 128、 882都是42的整数倍，而63却不是.因此，用210来代替63。

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