22. 阅读以下材料,并解答相关问题.
【背景材料】一个容器装有1 L水,按照以下规则倒水:第1次倒出$\frac{1}{2}$ L水;第2次倒出的水量是$\frac{1}{2}$ L的$\frac{1}{3}$,即$\frac{1}{2×3}$ L;第3次倒出的水量是$\frac{1}{3}$ L的$\frac{1}{4}$,即$\frac{1}{3×4}$ L;第4次倒出的水量是$\frac{1}{4}$ L的$\frac{1}{5}$,即$\frac{1}{4×5}$ L;……;第n次倒出的水量是$\frac{1}{n}$ L的$\frac{1}{n+1}$,即$\frac{1}{n(n+1)}$ L.按照这种倒水的方法,这1 L水经过多少次可以倒完?为什么?
数学兴趣小组的同学们将上面的问题抽象成数学问题加以解决.
【规律探究】探索发现:$\frac{1}{1×2}=1-\frac{1}{2}$;$\frac{1}{2×3}=\frac{1}{2}-\frac{1}{3}$;$\frac{1}{3×4}=\frac{1}{3}-\frac{1}{4}$;…
(1)填空:$\frac{1}{4×5}=\frac{1}{(\quad)}-\frac{1}{(\quad)}$;$\frac{1}{n(n+1)}=\frac{1}{(\quad)}-\frac{1}{(\quad)}$(n为正整数).
【解决问题】
(2)按照背景材料中的方案,倒出10次后,总共倒出的水量是多少?
(3)若倒出n次后,总共倒出的水量是多少?容器中的1 L水能否被倒完?请说明理由.
【拓展运用】
(4)运用(1)中得到的规律解方程:
$\frac{1}{x(x+1)} + $
$ =1+\frac{1}{x}$
【背景材料】一个容器装有1 L水,按照以下规则倒水:第1次倒出$\frac{1}{2}$ L水;第2次倒出的水量是$\frac{1}{2}$ L的$\frac{1}{3}$,即$\frac{1}{2×3}$ L;第3次倒出的水量是$\frac{1}{3}$ L的$\frac{1}{4}$,即$\frac{1}{3×4}$ L;第4次倒出的水量是$\frac{1}{4}$ L的$\frac{1}{5}$,即$\frac{1}{4×5}$ L;……;第n次倒出的水量是$\frac{1}{n}$ L的$\frac{1}{n+1}$,即$\frac{1}{n(n+1)}$ L.按照这种倒水的方法,这1 L水经过多少次可以倒完?为什么?
数学兴趣小组的同学们将上面的问题抽象成数学问题加以解决.
【规律探究】探索发现:$\frac{1}{1×2}=1-\frac{1}{2}$;$\frac{1}{2×3}=\frac{1}{2}-\frac{1}{3}$;$\frac{1}{3×4}=\frac{1}{3}-\frac{1}{4}$;…
(1)填空:$\frac{1}{4×5}=\frac{1}{(\quad)}-\frac{1}{(\quad)}$;$\frac{1}{n(n+1)}=\frac{1}{(\quad)}-\frac{1}{(\quad)}$(n为正整数).
【解决问题】
(2)按照背景材料中的方案,倒出10次后,总共倒出的水量是多少?
(3)若倒出n次后,总共倒出的水量是多少?容器中的1 L水能否被倒完?请说明理由.
【拓展运用】
(4)运用(1)中得到的规律解方程:
$\frac{1}{x(x+1)} + $
答案
(1) 可得$\dfrac{1}{4×5}=\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{5}$;$\dfrac{1}{n(n+1)}=\dfrac{1}{n}-\dfrac{1}{n+1}$($n$为正整数). 故答案为:4,5;$n$,$n+1$
(2) 根据倒出10次后,总倒水量是前10个分式的和可知,倒出10次后,总倒水量为$\dfrac{1}{1×2}+\dfrac{1}{2×3}+\dots+\dfrac{1}{10×11}=(1-\dfrac{1}{2})+(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{3})+\dots+(\dfrac{1}{10}-\dfrac{1}{11})=1-\dfrac{1}{11}=\dfrac{10}{11}$ L
(3) 倒出$n$次后,总倒水量为$\dfrac{1}{1×2}+\dfrac{1}{2×3}+\dots+\dfrac{1}{n\ (n+1)}=(1-\dfrac{1}{2})+(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{3})+\dots+(\dfrac{1}{n}-\dfrac{1}{n+1})=(1-\dfrac{1}{n+1})$ L. $\because 1-\dfrac{1}{n+1}<1$($n$为正整数),即总倒出水量始终小于1 L,$\therefore$容器中的1 L水不能被倒完
(4) 原方程左边$=(\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+1})+(\dfrac{1}{x+1}-\dfrac{1}{x+2})+\dots+(\dfrac{1}{x+2\ 025}-\dfrac{1}{x+2\ 026})=\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+2\ 026}$,因此方程化为$\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+2\ 026}=1+\dfrac{1}{x}$,两边同时减去$\dfrac{1}{x}$,得$-\dfrac{1}{x+2\ 026}=1$,两边同乘$x+2\ 026$($x≠-2\ 026$),得$-1=x+2\ 026$,解得$x=-2\ 027$. 检验:将$x=-2\ 027$代入分母,$x=-2\ 027≠0$,$x+1=-2\ 026≠0$,…,$x+2\ 026=-1≠0$,$\therefore x=-2\ 027$是原方程的解
(2) 根据倒出10次后,总倒水量是前10个分式的和可知,倒出10次后,总倒水量为$\dfrac{1}{1×2}+\dfrac{1}{2×3}+\dots+\dfrac{1}{10×11}=(1-\dfrac{1}{2})+(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{3})+\dots+(\dfrac{1}{10}-\dfrac{1}{11})=1-\dfrac{1}{11}=\dfrac{10}{11}$ L
(3) 倒出$n$次后,总倒水量为$\dfrac{1}{1×2}+\dfrac{1}{2×3}+\dots+\dfrac{1}{n\ (n+1)}=(1-\dfrac{1}{2})+(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{3})+\dots+(\dfrac{1}{n}-\dfrac{1}{n+1})=(1-\dfrac{1}{n+1})$ L. $\because 1-\dfrac{1}{n+1}<1$($n$为正整数),即总倒出水量始终小于1 L,$\therefore$容器中的1 L水不能被倒完
(4) 原方程左边$=(\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+1})+(\dfrac{1}{x+1}-\dfrac{1}{x+2})+\dots+(\dfrac{1}{x+2\ 025}-\dfrac{1}{x+2\ 026})=\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+2\ 026}$,因此方程化为$\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+2\ 026}=1+\dfrac{1}{x}$,两边同时减去$\dfrac{1}{x}$,得$-\dfrac{1}{x+2\ 026}=1$,两边同乘$x+2\ 026$($x≠-2\ 026$),得$-1=x+2\ 026$,解得$x=-2\ 027$. 检验:将$x=-2\ 027$代入分母,$x=-2\ 027≠0$,$x+1=-2\ 026≠0$,…,$x+2\ 026=-1≠0$,$\therefore x=-2\ 027$是原方程的解
解析
【分析】
本题围绕分式裂项相消的规律展开,解题思路如下:1. 第(1)问根据给出的裂项示例,直接类比推导即可得到对应拆分结果;2. 第(2)(3)问求总倒水量,本质是求多个形如$\frac{1}{n(n+1)}$的分式的和,利用裂项规律拆分后,中间项会相互抵消,仅保留首尾两项即可快速求和,再根据求和结果判断水能否倒完;3. 第(4)问解方程时,先将左边的分式按照裂项规律拆分、抵消化简,再按照分式方程的求解步骤计算,最后注意检验根是否使原方程分母为0。
【解析】
(1) 根据给出的规律$\frac{1}{1×2}=1-\frac{1}{2}$,$\frac{1}{2×3}=\frac{1}{2}-\frac{1}{3}$,可直接类比得到$\frac{1}{4×5}=\frac{1}{4}-\frac{1}{5}$;推广到一般正整数$n$,可得$\frac{1}{n(n+1)}=\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1}$。
(2) 倒出10次的总水量为前10个倒水量的和,代入裂项规律计算:
$\begin{aligned}&\frac{1}{1×2}+\frac{1}{2×3}+\dots+\frac{1}{10×11}\\=&(1-\frac{1}{2})+(\frac{1}{2}-\frac{1}{3})+\dots+(\frac{1}{10}-\frac{1}{11})\\=&1-\frac{1}{11}\\=&\frac{10}{11}\ \mathrm{L}\end{aligned}$
(3) 倒出$n$次的总水量同理用裂项相消计算:
$\begin{aligned}&\frac{1}{1×2}+\frac{1}{2×3}+\dots+\frac{1}{n(n+1)}\\=&(1-\frac{1}{2})+(\frac{1}{2}-\frac{1}{3})+\dots+(\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1})\\=&1-\frac{1}{n+1}\ \mathrm{L}\end{aligned}$
由于$n$是正整数,因此$\frac{1}{n+1}>0$,即$1-\frac{1}{n+1}<1$,总倒出水量始终小于1L,所以容器中的1L水不能被倒完。
(4) 先对原方程左边用裂项规律化简:
左边$=(\frac{1}{x}-\frac{1}{x+1})+(\frac{1}{x+1}-\frac{1}{x+2})+\dots+(\frac{1}{x+2025}-\frac{1}{x+2026})=\frac{1}{x}-\frac{1}{x+2026}$
原方程化为$\frac{1}{x}-\frac{1}{x+2026}=1+\frac{1}{x}$,两边同时减去$\frac{1}{x}$得$-\frac{1}{x+2026}=1$,两边同乘$x+2026$($x≠-2026$)得$-1=x+2026$,解得$x=-2027$。
检验:将$x=-2027$代入原方程所有分母,$x=-2027≠0$,$x+1=-2026≠0$,…,$x+2026=-1≠0$,所有分母均不为0,因此$x=-2027$是原方程的解。
【答案】
(1) 4,5;$n$,$n+1$
(2) $\frac{10}{11}$ L
(3) 倒出$n$次后总倒出水量为$(1-\frac{1}{n+1})$ L,1L水不能被倒完
(4) $x=-2027$
【知识点】
分式裂项相消,分式加减运算,分式方程求解
【点评】
本题将规律探究与实际问题、解方程相结合,既考查了归纳推理能力,又考查了裂项相消法的灵活运用,求解分式方程时需注意检验增根,对运算能力和知识迁移能力有一定要求。
【难度系数】
0.7
本题围绕分式裂项相消的规律展开,解题思路如下:1. 第(1)问根据给出的裂项示例,直接类比推导即可得到对应拆分结果;2. 第(2)(3)问求总倒水量,本质是求多个形如$\frac{1}{n(n+1)}$的分式的和,利用裂项规律拆分后,中间项会相互抵消,仅保留首尾两项即可快速求和,再根据求和结果判断水能否倒完;3. 第(4)问解方程时,先将左边的分式按照裂项规律拆分、抵消化简,再按照分式方程的求解步骤计算,最后注意检验根是否使原方程分母为0。
【解析】
(1) 根据给出的规律$\frac{1}{1×2}=1-\frac{1}{2}$,$\frac{1}{2×3}=\frac{1}{2}-\frac{1}{3}$,可直接类比得到$\frac{1}{4×5}=\frac{1}{4}-\frac{1}{5}$;推广到一般正整数$n$,可得$\frac{1}{n(n+1)}=\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1}$。
(2) 倒出10次的总水量为前10个倒水量的和,代入裂项规律计算:
$\begin{aligned}&\frac{1}{1×2}+\frac{1}{2×3}+\dots+\frac{1}{10×11}\\=&(1-\frac{1}{2})+(\frac{1}{2}-\frac{1}{3})+\dots+(\frac{1}{10}-\frac{1}{11})\\=&1-\frac{1}{11}\\=&\frac{10}{11}\ \mathrm{L}\end{aligned}$
(3) 倒出$n$次的总水量同理用裂项相消计算:
$\begin{aligned}&\frac{1}{1×2}+\frac{1}{2×3}+\dots+\frac{1}{n(n+1)}\\=&(1-\frac{1}{2})+(\frac{1}{2}-\frac{1}{3})+\dots+(\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1})\\=&1-\frac{1}{n+1}\ \mathrm{L}\end{aligned}$
由于$n$是正整数,因此$\frac{1}{n+1}>0$,即$1-\frac{1}{n+1}<1$,总倒出水量始终小于1L,所以容器中的1L水不能被倒完。
(4) 先对原方程左边用裂项规律化简:
左边$=(\frac{1}{x}-\frac{1}{x+1})+(\frac{1}{x+1}-\frac{1}{x+2})+\dots+(\frac{1}{x+2025}-\frac{1}{x+2026})=\frac{1}{x}-\frac{1}{x+2026}$
原方程化为$\frac{1}{x}-\frac{1}{x+2026}=1+\frac{1}{x}$,两边同时减去$\frac{1}{x}$得$-\frac{1}{x+2026}=1$,两边同乘$x+2026$($x≠-2026$)得$-1=x+2026$,解得$x=-2027$。
检验:将$x=-2027$代入原方程所有分母,$x=-2027≠0$,$x+1=-2026≠0$,…,$x+2026=-1≠0$,所有分母均不为0,因此$x=-2027$是原方程的解。
【答案】
(1) 4,5;$n$,$n+1$
(2) $\frac{10}{11}$ L
(3) 倒出$n$次后总倒出水量为$(1-\frac{1}{n+1})$ L,1L水不能被倒完
(4) $x=-2027$
【知识点】
分式裂项相消,分式加减运算,分式方程求解
【点评】
本题将规律探究与实际问题、解方程相结合,既考查了归纳推理能力,又考查了裂项相消法的灵活运用,求解分式方程时需注意检验增根,对运算能力和知识迁移能力有一定要求。
【难度系数】
0.7
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