倒序相加法
倒序相加法是高斯小时候用来计算 的巧妙方法。这个方法利用数列的对称性,通过正序和倒序相加来简化计算。
方法原理
倒序相加法
对于具有对称性的数列,将其正序和倒序排列后相加,利用 为常数的性质简化求和。
基本步骤:
- 写出正序和:
- 写出倒序和:
- 两式相加:
- 如果每对和相等,则
适用场景
倒序相加法适用于满足以下条件的数列:
对称性条件:(常数)
这意味着”首尾配对”的和相等。
典型例子:
- 等差数列:
- 组合数:(当 时)
经典应用:高斯求和
小高斯计算 的方法:
这正是等差数列求和公式的推导方法!
应用示例
示例1:等差数列求和
求和:
解:
示例2:对称数列
求和:
解:
设 ,则:
倒序:
观察: 是否为常数?
实际上,这个例子不满足简单的对称性,需要其他方法。
示例3:组合数求和
求和:
解:
利用组合数性质 :
但更简单的方法是利用二项式定理:
倒序相加法的本质是什么?
倒序相加法的本质是利用对称性消除变量。
当数列满足 (常数)时,正序和倒序相加后,每一对的和都是 ,共有 对,所以 。
这个方法的巧妙之处在于:
- 化繁为简:将变化的项变成常数
- 整体思维:不是逐项计算,而是整体处理
- 对称美:体现了数学的对称之美
这也是为什么等差数列求和公式可以写成 的原因!
练习题
练习 1
求和:
参考答案 (2 个标签)
数列求和 倒序相加
解题思路:使用倒序相加法。
详细步骤:
答案:
练习 2
求和:
参考答案 (2 个标签)
数列求和 倒序相加
解题思路:设 ,使用倒序相加。
详细步骤:
每一对:
这样会循环,换个思路:
实际上每项本身就对称,所以:
答案:
总结
本文出现的符号
| 符号 | 类型 | 读音/说明 | 在本文中的含义 |
|---|---|---|---|
| 求和符号 | S sub n | 数列前 项的和 | |
| 元素符号 | a sub k | 数列的第 项 | |
| 组合数 | C n choose k | 从 个元素中选 个的方法数 |
中英对照
| 中文术语 | 英文术语 | 音标 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 倒序相加法 | reverse order addition | /rɪˈvɜːs ˈɔːdə əˈdɪʃən/ | 正序和倒序相加的求和方法 |
| 对称性 | symmetry | /ˈsɪmətri/ | 数列首尾对应项的关系 |
| 组合数 | binomial coefficient | /baɪˈnəʊmiəl ˌkəʊɪˈfɪʃənt/ | 二项式系数 |
