数学中的某些理论好像都是一个个散落的珍珠,能否把它们统一在一起,这正是我感兴趣的 。
把一个单位分数拆分成几个单位分数之和,至少有如下两个不同的形式:
1、分母裂项拆分基本公式之一:1/n = (n+1)/[n(n+1)]=1/(n+1)+ 1/[n(n+1)]-------(1)
2、分母裂项拆分基本公式之二:1/n= (n+k1+k2+k3+…+kn)/[n(n+k1+k2+k3+…+kn)]------(2)
(其中k1、k2、k3、…kn都是n的因数之一)
(以上基本数理来自于网络)
文章插图
思考的起点图
许多的问题总会接连不断地浮现,总希望能找出思考的头绪:
1、它们的根源从何而来?
2、如何用最通俗的语言来描述?
3、每种数理包括哪些基本知识?
如何放在一个数理框架下进行讨论呢?先看以下几个基本知识的概念:
(1) 单位分数定义:我们把分子是1、分母是自然数的分数叫单位分数,记成1/n 。
(2) 真分数:分子和分母都是正整数,分子小于分母的分数,它们都大于0而小于1 。大于0而小于1的分数叫做真分数 。
(3) 假分数:分子和分母都是正整数,分子等于分母或分子大于分母的分数,它们等于1或大于1,等于1或大于1的分数叫作假分数 。
(从单位分数概念中分析得出“1/1=1”是假分数,在真分数中1/2是最大的单位分数,所以下面的单位分数中分母都从2开始,只讨论真分数形式 。)
(4) 分数基本运算方法(或法则)之一:分子分母同乘(或除以)一个不为0的数,其分数值不变 。
通过对上面的分数基本运算方法(或法则)进行分析,基本表达式如下:
1/n = m/(mn) (m>0 m,n∈N(自然数))---------(3)
(即:分子分母同乘(或除以)一个不为0的数,其分数值不变 。)
接下来对(3)式进行变形:
1、设m=n+k, k∈N(自然数)其(3)式基本形式变化如下:
1/n = (n+k)/[n(n+k)] =1/(n+k)+ k/[n(n+k)]-------(4)
1)设k=1时,(4)式就变成了如下形式:
1/n = (n+1)/[n(n+1)]=1/(n+1)+ 1/[n(n+1)]-------(1)
这就是开头的分母裂项拆分的基本公式之一 。
所以(1)式就是从(3)式中演绎出来的特例:
(备注:演绎推理是由一般到特殊的推理方法 。)
演绎推理:从一般表达式“1/n = m/(mn)”开始,先是对m分类(或限定),当满足“m=n+k”条件时,再对k分类(或限定),当满足“k=1”这个条件时就成立了 。
因此m=n+1只是“1/n = m/(mn)”表达式中,m取值的一个特例 。
为什么要将m变成“m=n+1”呢?如何用最通俗的语言来描述?再看下面几个基本知识的概念:
1、 因数(或约数)与倍数定义:设a,b是整数,b≠0 。如果有一个整数C,它便得a=bc,则a叫做b的倍数, b叫做a的因数 。
单位分数的表达基本形式其分子只能是1.因此分子不为1时,则分子必定是分母的约数 。
这就是对因数(或约数)知识点的运用 。
例如因数(或约数)概念中:c/a=c/bc=1/b. (b≠0,c≠0)那么“1/b”就是单位分数的表达基本形式 。
2、 素数(或质数)与合数:质数又称素数 。一个大于1的自然数,除了1和它自身外,不能被其他自然数整除的数叫做质数;否则称为合数 。(规定1既不是质数也不是合数) 。
通过对上面素数(或质数)与合数的概念分析,我们知道对于任何自然数“1”和“它自身”都是这个自然数的约数 。
因此对于任何自然数都有如下表达方式:
n=n*1(任何数乘以1都等于这个数本身)
m=n+1 则m刚好等于“n=n*1”中“n的两个因数(或约数)n与1”的和 。
思考结论:单位分数拆分与这个数本身的因数(或约数)有关 。n与1都是n的因数(或约数) 。它们从素数(或质数)与合数的概念中得来 。
当m=n+1时:
1/n = (n+1)/[n(n+1)]=1/(n+1)+ 1/[n(n+1)]-------(1)
对(1)式举例说明 。
例如:
1/7=(1+7)/[7*(7+1)]
=(7+1)/(7*8)
=1/8+1/56 (对(1)式运用一次,便将“单位分数1/7拆分成2个单位分数之和”)
=9/(8*9)+1/56
=(8+1)/(8*9)+ 1/56
=1/9+1/72+ 1/56
(再次对(1)式运用,便将“分数单位分数1/7拆分成3个单位分数之和” 。
或者将1/56 拆分“ =1/8+1/ (56+1)/[56*(56+1)]=1/8+1/57+1/3192” )
……
由此可见:用这种拆了又拆,不断递进的拆分方法,可以将任何一个单位分数拆分成N个单位分数之和 。
即然m=n+1只是一种特例,有没有其它的特例呢?
显然合数的因数(或约数)就不只有”1”与”它本身’,因此就会产生新的拆分方式 。
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