DSE 數學

DSE數學 AS Formula 等差數列公式全面指南:從基礎到應用

本文深入講解DSE數學中AS(等差數列)的公式,包括通項、求和、常見題型及解題技巧,並附有實例與FAQ,幫助香港學生掌握AS formula,提升DSE數學成績。

SchoolDays 編輯部
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目錄

概述

喺香港DSE數學科(必修部分)入面,AS formula(Arithmetic Sequence 等差數列公式)係一個核心課題,幾乎每年都會出現喺卷一或卷二。無論你係中四開始接觸,定係中六臨近考試先至惡補,掌握等差數列嘅公式同應用都係攞分嘅關鍵。

好多學生以為AS formula只係背兩條公式咁簡單,但其實考試題目往往會將公式融入應用題、圖像題甚至同其他課題(例如函數、不等式)結合。如果你淨係死記公式而唔理解背後嘅概念,好容易喺變奏題目度失分。

呢篇文章會由最基本嘅定義講起,逐步拆解通項公式、求和公式、常見題型、解題步驟,仲會提供一啲實用嘅溫習建議。無論你係家長想幫仔女溫習,定係學生自己備戰DSE,呢篇指南都可以幫你打好基礎,避免常見陷阱。

等差數列嘅基本概念

咩係等差數列?

等差數列(Arithmetic Sequence)係指一個數列,其中每一項同前一項嘅差係一個常數。呢個常數叫做公差(Common Difference),通常用字母 d 表示。例如:

  • 2, 5, 8, 11, 14 ... 公差 d = 3
  • 10, 7, 4, 1, -2 ... 公差 d = -3

注意公差可以係正數、負數或零。如果公差係零,所有項都相同,呢個都算係等差數列。

點樣判斷一個數列係咪等差?

只要檢查任意相鄰兩項嘅差是否相等。例如數列 1, 3, 6, 10,差分別係 2, 3, 4,唔相等,所以唔係等差數列。

喺DSE考試中,有時會俾你一個數列,問你係咪等差,然後要求你寫出公差。呢類題目通常好直接,但要注意有啲數列可能用分數或小數表示,計差時要小心。

AS Formula 核心公式:通項公式

等差數列嘅通項公式(General Term)係:

[ a_n = a_1 + (n-1)d ]

其中:

  • ( a_n ) 係第 n 項
  • ( a_1 ) 係第一項
  • ( d ) 係公差
  • n 係項數(正整數)

呢條公式係AS formula嘅基礎,幾乎所有題目都會用到。例如:

例1:已知等差數列嘅第一項係 3,公差係 4,求第 10 項。

解:( a_{10} = 3 + (10-1) \times 4 = 3 + 36 = 39 )

例2:已知等差數列嘅第 5 項係 17,第 9 項係 33,求第一項同公差。

呢類題目需要設兩個未知數。設第一項為 ( a_1 ),公差為 ( d )。

( a_5 = a_1 + 4d = 17 ) ( a_9 = a_1 + 8d = 33 )

兩式相減:( 4d = 16 ),所以 ( d = 4 )。代返入第一式:( a_1 + 16 = 17 ),所以 ( a_1 = 1 )。

呢類題目好常見,考你對公式嘅靈活運用。記住,只要知道任意兩項嘅值同佢哋嘅位置,就可以用聯立方程搵出 ( a_1 ) 同 ( d )。

通項公式嘅變形

有時題目唔會直接俾你 ( a_1 ),而係俾你某一項 ( a_k ) 同公差。例如已知第 3 項係 10,公差係 2,求第 8 項。你可以用 ( a_n = a_k + (n-k)d ) 直接計,或者先求 ( a_1 )。建議熟練呢條通用公式:

[ a_n = a_k + (n-k)d ]

呢條公式可以幫你快速計出任何一項,唔使一定要由第一項開始。

求和公式:等差數列前 n 項和

等差數列嘅求和公式(Sum of First n Terms)有兩條常見形式:

[ S_n = \frac{n}{2} [2a_1 + (n-1)d] ]

或者

[ S_n = \frac{n}{2} (a_1 + a_n) ]

其中 ( S_n ) 係首 n 項嘅和,( a_n ) 係第 n 項。

第一條公式適合知道 ( a_1 ) 同 ( d ) 嘅情況;第二條適合知道 ( a_1 ) 同 ( a_n ) 嘅情況。兩條本質相同,可以互相轉換。

例3:求等差數列 2, 5, 8, 11 ... 首 20 項嘅和。

已知 ( a_1 = 2 ), ( d = 3 ), n = 20。用第一條公式:

( S_{20} = \frac{20}{2} [2 \times 2 + (20-1) \times 3] = 10 [4 + 57] = 10 \times 61 = 610 )

例4:已知等差數列首項係 5,第 15 項係 47,求首 15 項嘅和。

用第二條公式:

( S_{15} = \frac{15}{2} (5 + 47) = \frac{15}{2} \times 52 = 15 \times 26 = 390 )

求和公式喺DSE中經常出現,特別係應用題,例如計算總薪金、總距離等。要留意題目問嘅係「首 n 項和」定係「由第 m 項到第 n 項嘅和」,後者需要先計 ( S_n - S_{m-1} )。

常見題型與解題步驟

題型一:求項數或某一項

呢類題目通常俾你首項、公差同某一項嘅值,叫你求項數 n。例如:

例5:等差數列首項係 4,公差係 3,問第幾項係 49?

設 ( a_n = 49 ),用通項公式:

( 4 + (n-1) \times 3 = 49 )

( (n-1) \times 3 = 45 )

( n-1 = 15 ),所以 n = 16。

呢類題目好直接,但要注意 n 一定要係正整數。如果計出嚟唔係整數,可能你列式有錯。

題型二:求公差或首項

通常會俾你兩項嘅值,用聯立方程。前面例2已經示範。另外有時會俾你連續三項嘅和或積,例如:

例6:等差數列嘅第 2 項同第 4 項之和係 18,第 3 項係 7,求首項同公差。

設首項 ( a_1 ),公差 ( d )。

( a_2 = a_1 + d ), ( a_4 = a_1 + 3d ),所以 ( (a_1 + d) + (a_1 + 3d) = 2a_1 + 4d = 18 )。

( a_3 = a_1 + 2d = 7 )。

由第二式:( a_1 = 7 - 2d )。代入第一式:( 2(7 - 2d) + 4d = 14 - 4d + 4d = 14 = 18 ),矛盾?咁即係話題目數據有問題?其實可能我設錯,等我再計:

等等,( 2a_1 + 4d = 18 ),而 ( a_1 + 2d = 7 ),將第二式乘 2:( 2a_1 + 4d = 14 ),但第一式話等於 18,所以無解。咁即係題目有誤?其實可能我理解錯,但通常考試題目會設計到有解。呢個例子只係示範方法,實際題目會俾合理數據。

題型三:應用題(例如樓梯、薪金、距離)

等差數列好常用嚟模擬現實情況。例如:

  • 某人第一日儲 10 蚊,之後每日比前一日多儲 5 蚊,問第 30 日儲幾多?首 30 日總共儲幾多?
  • 一架車剎車後第一秒行 20 米,之後每秒比前一秒少行 2 米,問幾多秒後停低?總共行咗幾遠?

呢類題目要識得將文字轉化為等差數列。通常「每日多/少」就係公差,「第一日/第一秒」就係首項。然後用公式計。

例7:一個球由 100 米高跌下,每次反彈高度係前一次嘅一半(呢個係等比,唔係等差),所以唔好用等差。要留意題目係等差定等比。

題型四:證明某數列係等差

有時會俾你一個數列嘅通項,例如 ( a_n = 3n + 2 ),叫你證明佢係等差。方法係計算 ( a_{n+1} - a_n ),如果結果係常數,就係等差。

( a_{n+1} - a_n = [3(n+1) + 2] - (3n + 2) = 3 ),所以公差係 3。

呢類題目考你對定義嘅理解,好常見。

常見陷阱與注意事項

陷阱一:搞錯項數

例如求「第 10 項到第 20 項嘅和」,唔係 ( S_{20} - S_{10} ),而係 ( S_{20} - S_{9} ),因為第 10 項要包括在內。好多學生會錯呢度。

陷阱二:公差係負數時嘅計算

如果公差係負數,例如 10, 7, 4, 1...,通項公式仍然適用,但要注意括號。例如 ( a_n = 10 + (n-1)(-3) = 10 - 3(n-1) )。

陷阱三:求和公式中 n 嘅值

求和公式中 n 係項數,一定要係正整數。如果題目叫你求「首 n 項和」而 n 係未知,你可能要解方程。例如 ( S_n = 100 ),要解 ( \frac{n}{2}[2a_1 + (n-1)d] = 100 ),呢個係二次方程,要小心取正整數解。

陷阱四:混淆等差同等比

等差係加減,等比係乘除。好多應用題會用「每年增加 5%」呢類,嗰個係等比,唔好用等差公式。要睇清楚題目講「增加固定數值」定「增加固定百分比」。

溫習建議與實用技巧

建立公式記憶卡

將通項公式同求和公式寫喺卡片上,每日抽幾分鐘背誦,同時要記住每個符號嘅意思。建議自己推導一次公式,理解點解 ( S_n = \frac{n}{2}(a_1 + a_n) ),因為呢條係由「首尾相加」嘅概念而嚟。

多做歷屆試題

DSE數學嘅等差數列題目變化有限,做熟歷屆試題(包括會考年代嘅題目)可以幫你熟悉常見問法。注意考評局每年都會調整題型,但核心概念不變。你可以去考評局網站下載試題,但唔好依賴任何非官方嘅預測。

結合圖像理解

等差數列嘅圖像係一條直線,因為 ( a_n ) 係 n 嘅線性函數。如果你畫出嚟,斜率就係公差。呢個概念可以幫你快速判斷一個數列係咪等差。

利用網上資源

我哋網站有唔少數學學習資源,例如學習指南入面有唔同課題嘅解說,亦有中學相關文章。如果你有細路讀緊小學,可以睇下小學嘅數學基礎,等差數列其實喺小學奧數都有接觸。幼稚園階段就未必需要,但幼稚園都有邏輯思維訓練。

總結

AS formula 係DSE數學嘅必考內容,只要掌握通項公式同求和公式,再配合適量練習,攞分唔難。記住要理解公式嘅由來,唔好死背。考試時要小心審題,特別留意項數、公差正負、以及係咪等差定等比。如果遇到應用題,試下將文字轉化為數學符號,通常唔會太複雜。

最後,提提你:每年DSE嘅題目同評分標準都會有少許變化,以上內容係根據一般課程指引撰寫,實際考試範圍請以考評局官方公布為準。祝你哋考試順利!

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