【數(shù)學大師高中】等比中項——十二平均律

被譽為樂器之王的鋼琴,是一種很嬌貴、敏感的樂器,在長期使用過程中,任何鋼琴都會出現(xiàn)機械故障。
定期的調(diào)律維護是必不可少的,鋼琴調(diào)律師以十二平均律理論為依據(jù),對琴弦的張力和機件的運動進行調(diào)整,使所調(diào)鋼琴的琴音又準又穩(wěn)。
十二平均律,是一種音樂定律方法, 簡而言之,就是把半根琴弦按照等比數(shù)列平均分成十二份。

12個數(shù)構(gòu)成等比數(shù)列太過復(fù)雜,現(xiàn)在我們探討三個數(shù)成等比數(shù)列的規(guī)律。在兩個非零數(shù)字a和b之間,插入一個數(shù)G,使得a,G,b成等比數(shù)列,那么稱G是a與b的等比中項。

按照等比數(shù)列的定義,一定會有G比a,等于b比G。這個式子整理一下,能得到a乘以b,等于G平方,這個乘法式,也就是等比中項公式。

比如12,6,3這三個數(shù),構(gòu)成一個公比為二分之一的等比數(shù)列,那么我們就說6是12和3的等比中項,而且它們一定滿足等比中項公式,也就是12乘以3,等于6的平方。
等比數(shù)列an中,任意相鄰三項an-1,an,an+1,都是成等比數(shù)列的,所以一定滿足等比中項公式,an-1乘以an+1,等于中間項an的平方。
在等比數(shù)列中,中項公式也可以由公比q直觀地表現(xiàn)出來, an+1,可以表示為an乘以q, an-1,可以表示為an除以q,這樣的話,an-1,與an+1相乘,會恰好等于an的平方,同樣的, an+2,可以表示為an乘以q平方, an-2,可以表示為an除以q平方。
那么an-2乘以an+2,也會等于an的平方。以此類推,等比數(shù)列中,只要下角標為正整數(shù),由中項公式可以推廣得到,an的平方,等于an-1乘以an+1 ,同時也等于an-2乘以an+2,等等,等于到an-k乘以an+k 。

例如等比數(shù)列an中,a4乘以a6等于2,求a2乘以a8.? 我們用等比中項規(guī)律來解這個題,a4與a6的中間項是a5,所以滿足等比中項公式,a4乘以a6,等于a5平方,
同時,a2與a8,下標2和8的中間數(shù)也是5,所以也會滿足a2乘以a8,等于a5平方,所以也等于2.?
學以致用,用以促學。利用等比中項規(guī)律,來解決上面這種問題,會特別方便,大大減少計算量。通過上面這個實例,我們也能發(fā)現(xiàn),等比中項規(guī)律的更通用的表現(xiàn)形式,a4乘以a6,等于a2乘以a8。
一般地,等比數(shù)列中,只要下標是正整數(shù),am乘以an,等于ap乘以aq,當且僅當,m+n,等于p+q。? ?這里要注意,項是乘積相等,而下標是和相等。

這個更一般的等比中項規(guī)律,同樣也適用于四個數(shù)成等比數(shù)列的情形。如果四個數(shù)a,b,c,d成等比數(shù)列,那么一定有ad等于bc成立。
等比中項規(guī)律,揭示的是等比數(shù)列中的對稱性,在具體表現(xiàn)形式上有多種形式,在解題應(yīng)用時也要靈活挑選。

現(xiàn)在我們利用等比中項公式來求解問題。等比數(shù)列an中,a3等于1,a7等于2,求a5. 根據(jù)等比中項公式,a5平方等于a3乘以a7,等于1乘以2等于2,所以a5等于正負根號2.?
解到這里要注意,因為a5可以表示為a3乘以q平方,所以a5和a3同號。a3等于1為正數(shù),所以a5只能取正根號2. 等比數(shù)列中,所有奇數(shù)項一定是同號的。