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第18章 数列的萌芽

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临海一中的数学课堂里,唐晓在黑板上写下一个简单的数列:1, 3, 5, 7, 9, ...

“谁能告诉我下一个数是什么?”她微笑着问。

“11!”许多同学异口同声。

“那么第100个数呢?”

教室安静下来。

唐晓开始引导大家探索数列的规律:“这是一个等差数列,每一项比前一项大2。所以通项公式是a?=2n-1。”

对大多数学生而言,数列是一个新的抽象概念挑战。林雪认真记录着等差数列和等比数列的定义和公式;张伟试图将数列与程序中的循环结构相联系;赵明在思考数列在金融复利计算中的应用;李哲则困惑于为什么要研究“一堆数字的排列”。

然而在教室的两个角落,数列引发了不同的反应。

当唐晓讲解斐波那契数列时,徐川和苏梦婷第一次同时表现出明显的兴趣。

“1,1,2,3,5,8,13...每个数是前两个数之和,”唐晓介绍,“这个数列在自然界中广泛存在,比如向日葵的种子排列、松果的鳞片分布...”

徐川在笔记本上写下斐波那契数列的通项公式——比内公式:

F? = (φ? - ψ?)/√5,其中φ是黄金比(1+√5)/2

苏梦婷则画出了斐波那契螺旋,在旁边标注:“极限比趋近黄金比,是最无理的无理数。”

唐晓注意到他们的专注,决定深入一些:“斐波那契数列不仅美丽,而且深刻。有人知道它与黄金分割的关系吗?”

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徐川起身回答:“相邻两项之比趋近黄金比例φ=(1+√5)/2≈1.618。”

苏梦婷补充:“而且这个收敛速度是所有连分数中最慢的,因为黄金比例是最‘无理’的数。”

这番对话让大多数同学陷入困惑,但唐晓却感到兴奋——这是她第一次看到两人同时对高中内容产生兴趣。

第二天,唐晓设计了分组活动,让同学们寻找生活中的数列模式。

张伟小组测量了弹簧振子的振幅衰减序列:“像等比数列衰减!”

林雪小组记录了显微镜下的细胞分裂数量:“近似等比增长。”

赵明甚至找来股市数据:“这波动像随机数列!”

徐川和苏梦婷自发组成一组——这是他们第一次正式合作。令人惊讶的是,他们选择的研究对象既不是自然界现象,也不是经济数据,而是一段音乐节奏的数学模式。

“节奏可以看作一个时间序列,”徐川向唐晓解释,“我们正在分析巴赫赋格中的节奏模式。”

苏梦婷展示了一张复杂图表:“某些节拍序列呈现出分形特征。”

唐晓意识到,在这两个学生眼中,数列不是简单的数字排列,而是探索世界规律的数学语言。

周五的数学课上,唐晓决定挑战全班:“有没有人想过,数列的极限概念如何严格定义?”

大多数学生思考着首观的“趋近于”概念,但徐川和苏梦婷己经想到了ε-N定义。

“对于任意小的正数ε,”徐川阐述,“存在正整数N,使得当n>N时,|a? - L|

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