计算与数列 · 方法讲解

估算与夹逼

用有方向的上下界,锁定整数部分。

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01

界太宽时,怎样把它收紧?

不求精确值,确定 S=1/2+1/3+…+1/10 的整数部分。每一步都给出有保证方向的界,直到把S放进相邻两个整数之间。

先看区间,再下结论

起点:0 < S ≤ 9/2。

共有 9 个正项,每项不超过 1/2。这个界正确,但跨过多个整数,不能确定整数部分。

第 0 / 3 步

演示结论

1

13/12 < S < 196/100 < 2。

要同时跨过1,又不能到达2。

近似值不自动成为上界或下界。保留正项给下界,逐项向上放宽给上界,再检查端点是否严格。

02

学习准备

S班 · 方法单元 10

不必知道一个和的精确值,也能确定它跨过了哪个整数、还没到哪个整数。关键是为每一次放宽负责。

正有理数方向估算缺口结构

A/S 为本项目教学编排,不代表当地官方或机构课纲。

学习目标

  • 分清近似值、上界与下界。
  • 按目标整数选择估算精度,而非一律通分。
  • 识别“每项接近 1”的结构,用整体缺口缩小范围。
  • 检查端点是否严格,判断现有界是否足够。

必要前置

分数四则运算、正分数大小比较、有限小数与分数互化、不等号含义。

本页的整数部分:对非负数 x,找到唯一非负整数 m,使 m ≤ x < m+1。它不是四舍五入。

03

为什么两道界就够了?

把目标数 S 限制在一个区间内。下界 L 表示 S 不小于它,上界 U 表示 S 不大于它。若能证明 m ≤ S < m+1,S 的整数部分就只能是 m。

m
可以等于
m ≤ S < m+1m+1
不能到达

区间示意不按数值比例绘制。上端开、下端闭,二者不对称。

逐项界为什么能相加?

若 a ≤ A、b ≤ B,则 A−a 与 B−b 都非负,所以 (A+B)−(a+b) ≥ 0,即 a+b ≤ A+B。若其中至少一个差严格为正,和也严格变大。下界同理。

方向规则

要证 S 小于某数,就把各项换成更大或相等的数;要证 S 大于某数,就换成更小或相等的数。正数和还可删去部分正项,得到严格下界。

例如 1/3 < 34/100,因为 100 < 102;但 1/3 > 33/100,因为 100 > 99。因此 0.33 虽是四舍五入后的近似数,却不能作 1/3 的上界。

适用条件与边界

04

例题一:只估到足够为止

不求精确和,确定整数部分

S = 1/2+1/3+1/4+1/5+1/6+1/7+1/8+1/9+1/10

  1. 先猜需要夹在哪两个整数间。目标是证 1 ≤ S < 2;猜测只是找方向,还不是证明。
  2. 下界只取前三项。其余项都为正,所以 S > 1/2+1/3+1/4 = 13/12 > 1。
  3. 逐项向上估到百分位。可精确表示的项保留原值,其他项向上放宽:
    S < (50+34+25+20+17+15+13+12+10)/100 = 196/100 = 1.96 < 2。
    这里是严格小于,因为 1/3、1/6、1/7、1/8、1/9 都严格变大;并非每一项都要严格变大。
  4. 合并两边。1 < S < 2,所以整数部分为 1。

每个百分位上界都能用整数乘法核对,例如 1/7 < 15/100 等价于 100 < 105。精确和 4861/2520 只作独立核验,不是这道题的解法前提。

05

例题二:把和改写成“整数减缺口”

S班结构变式 · 不要逐项硬估

确定 T = 19/20+29/30+39/40 的整数部分。(自拟例题)

  1. 识别共同结构。每项都比 1 少一个单位分数,所以 T = 3−D,其中 D = 1/20+1/30+1/40。
  2. 估缺口的整体界。D > 0;又因三项都不大于 1/20,且后两项更小,D < 3/20 < 1。
  3. 从 3 减去,方向反转。由 0 < D < 1,得 2 < 3−D < 3,即 2 < T < 3。
  4. 回答。T 的整数部分是 2。更紧的下界是 3−3/20 = 57/20,但判定整数部分不需要继续收紧。

独立精算:D = 13/120,T = 347/120。S 深度在于换看“缺多少”,而非增加分母大小。

06

迁移练习:选择界,而非照抄数值

练习一 · 估界穿过除法

不求精确值,确定 Q = (99/100+100/101) ÷ (1/2) 的整数部分。(自拟)

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设分子为 N。两项都小于 1,所以 N < 2。两项又都大于 3/4:99×4 > 100×3,100×4 > 101×3,因此 N > 3/2。

除以 1/2 等于乘正数 2,方向不变,得 3 < Q < 4。整数部分为 3。精确核验 Q = 19999/5050。

不能只估分子整数部分为 1,就断言 Q 的整数部分为 2;小数部分乘 2 后也会贡献整数。

练习二 · 第一次估得太宽怎么办?

确定 R = 1/3+1/4+1/5+1/6 的整数部分。若只用 R ≤ 4/3,够不够?(自拟)

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不够。0 < R ≤ 4/3 仍包含整数部分为 0 和 1 的数。改用百分位上界:R < (34+25+20+17)/100 = 96/100 < 1。其中 1/3 和 1/6 被严格放大。

四项都为正,故 0 < R < 1,整数部分为 0。精确核验 R = 19/20。迁移点是发现粗界失败后主动改变精度。

07

易错对照:结论前的最后检查

估算证据能支持什么结论?
常见说法问题与修正
1/3 ≈ 0.33,所以 1/3 < 0.33近似符号不保证方向。上界可取 0.34,下界可取 0.33。
S < 2,所以整数部分是 1还须证 S ≥ 1。例如 1/2 < 2,整数部分却是 0。
1 ≤ S ≤ 2,所以整数部分为 1S 可能等于 2。必须排除上端点:S < 2。
1 < S < 3,答案已经确定范围跨过 2,整数部分可能是 1 或 2。
上界越精确越好先看是否足以判定。2 < T < 3 已够用,不必求精确和。

边界核对:1/2+1/3+1/6 = 1,整数部分仍为 1。下端允许等号;若把条件误写成必须大于 1,就会漏掉这个合法情况。

08

简要回顾

  1. 先确定要跨过和不能到达的相邻整数。
  2. 选择有保证方向的界:逐项相加、删正项或整体估缺口。
  3. 写出完整的 m ≤ S < m+1,再回答整数部分。
  4. 界太宽就收紧;界已够用就停止。

内容依据:项目 C10 数学与范围复核;例题二及练习为自拟。公开教材目录的证据及限制见项目 来源说明(项目教材目录与数学复核;不作地方课纲认证)。本页推导限有限正有理数,不据此声称地方课程覆盖或学习效果。

09

逐章回看

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不求二分之一到十分之一的精确和,怎样确定整数部分?

目标不是估得近,而是证明:至少为一,且严格小于二。

先保留前三项。删掉的六项都是正数,所以和只会变小。

前三项之和是十二分之十三,大于一,下侧证据齐了。

上界必须向上放宽。三分之一可换成零点三四,不能换成零点三三。

将各项向上估到百分位;能精确表示的项保持不变。

上界合计一点九六。多项严格变大,所以原和严格小于它。

现在,一小于原和,原和又小于一点九六,小于二。整数部分是一。

记住:只证小于二还不够;下端允许等号,上端必须严格。

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学习与图示说明

S班表示本项目的教学深度;A/S编排不代表佛山南海或任何机构已核实的官方分班课纲。