1 + 2 + 3 + … + 99 = ? 这是小学数学中一道经典的等差数列求和问题。虽然一个个加也能算出来,但明显效率太低,而且容易出错。那么,有没有更快速、更优雅的方法呢? 答案是肯定的! 让我们从不同角度来探索解决这个问题的方法:
方法一:高斯算法(首尾相加法)
这是最著名,也最简单的方法。传说高斯小时候就用这个方法解决了老师出的这道难题。 核心思想就是: 首项加末项,乘以项数的一半。
- 观察: 将数列的首项(1)和末项(99)相加,得到100。
- 配对: 将第二项(2)和倒数第二项(98)相加,也得到100。
- 规律: 以此类推,每一对首尾相加都等于100。
- 计算: 一共有99项,可以配成99/2对(实际上是49.5对),每对的和是100。 但是由于99是奇数项,中间项50落单了。 所以计算方式是: (1 + 99) * (99 / 2) ,但是这样有小数,不太好算。另一种理解方式是配成了49对,剩余一个50,公式是:(1 + 99) * 49 + 50 = 100 * 49 + 50 = 4900 + 50 = 4950 。 换一种方式理解: (1+99) * 99 / 2 = 100 * 99 /2 = 9900 / 2 = 4950.
公式总结:
等差数列求和公式:S = (首项 + 末项) * 项数 / 2
在这个例子中,S = (1 + 99) * 99 / 2 = 4950
方法二:公式法(通用公式)
我们可以使用等差数列的求和公式直接计算。
公式:S = n * a1 + n * (n – 1) * d / 2
其中:
- S = 和
- n = 项数 (这里是99)
- a1 = 首项 (这里是1)
- d = 公差 (这里是1)
代入公式:
S = 99 * 1 + 99 * (99 – 1) * 1 / 2
S = 99 + 99 * 98 / 2
S = 99 + 99 * 49
S = 99 + 4851
S = 4950
方法三:形象化理解(面积法)
想象一个由小方块组成的阶梯。第一列有1个方块,第二列有2个方块,以此类推,直到第99列有99个方块。 我们要求的就是这个阶梯的总面积。
将这个阶梯复制一份,倒过来放在旁边,形成一个长方形。 这个长方形的宽是100 (1 + 99),长是99。 面积是 100 * 99 = 9900。 因为我们复制了一份,所以原来的阶梯面积是 9900 / 2 = 4950。
方法四:拆分法(简化计算)
将1 + 2 + 3 + … + 99 拆分成 (1 + 2 + … + 9) + (10 + 11 + … + 19) + … + (90 + 91 + … + 99) 。 然后,将每个括号里的数都减去 9,变成:(1 + 2 + … + 9) + (1 + 2 + … + 9 + 90) + … + (1 + 2 + … + 9 + 90)
1 + 2 + … + 9 = (1+9)*9/2 = 45
后面的每个括号里面的数都可以写成:(1+2+…+9) + 10n,其中n=1,2,3…9。 因此总的和为:45 + (45 + 10) + (45 + 20) + … + (45 + 90) = 45 * 10 + 10 + 20 + … + 90 = 450 + (10+90)9/2 = 450 + 450 = 4950
总结:
无论是高斯算法,公式法,形象化理解还是拆分法,都殊途同归,目的是为了简化计算,提高效率。 在解决数学问题时,选择合适的方法至关重要。理解问题的本质,灵活运用各种技巧,才能轻松应对各种挑战。 希望通过这篇文章,你能够彻底掌握 1 + 2 + 3 + … + 99 的简便算法!