平面内有nn条直线,最多可将平面分成f(n)f(n)个区域,则f(n)f(n)的表达式为()(\quad)
A. n+1          n+1\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:
B. 2n          2n\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:
C. n2+n+22\dfrac{n^{2}+n+2}{2}
D. n2+n+1n^{2}+n+1

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完整解法

1. 通过分析特殊情况,找出前几项的数值

当 n=1n=1 时,一条直线最多将平面分成 f(1)=2f(1) = 2 个区域;
当 n=2n=2 时,两条直线最多将平面分成 f(2)=4f(2) = 4 个区域;
当 n=3n=3 时,三条直线最多将平面分成 f(3)=7f(3) = 7 个区域。

2. 推导递推关系式

分析相邻两项之间的关系,每增加第 nn 条直线,它与原有的 n−1n-1 条直线最多有 n−1n-1 个交点,这些交点将这第 nn 条直线分成 nn 段。
这 nn 个线段(或射线)分别将原有的 nn 个区域一分为二,因此新增加了 nn 个区域。
由此可得递推关系式:f(n)−f(n−1)=nf(n) - f(n-1) = n(其中 n≥2n \ge 2),且 f(1)=2f(1) = 2。

3. 利用累加法求解通项公式

由递推关系得:
f(2)−f(1)=2f(2) - f(1) = 2
f(3)−f(2)=3f(3) - f(2) = 3
⋯\cdots
f(n)−f(n−1)=nf(n) - f(n-1) = n

将上述 n−1n-1 个等式左右两边分别累加,得:
f(n)−f(1)=2+3+⋯+nf(n) - f(1) = 2 + 3 + \cdots + n

利用等差数列求和公式,有:
2+3+⋯+n=(2+n)(n−1)2=n2+n−222 + 3 + \cdots + n = \frac{(2 + n)(n - 1)}{2} = \frac{n^2 + n - 2}{2}

因此:
f(n)=f(1)+n2+n−22=2+n2+n−22=n2+n+22f(n) = f(1) + \frac{n^2 + n - 2}{2} = 2 + \frac{n^2 + n - 2}{2} = \frac{n^2 + n + 2}{2}

对选项进行比对,C选项符合。

(另解:通过步骤1求得 f(1)=2,f(2)=4,f(3)=7f(1)=2, f(2)=4, f(3)=7,代入选项:
对于 n=1n=1,A得2,B得2,C得2,D得3,排除D;
对于 n=2n=2,A得3,B得4,C得4,排除A;
对于 n=3n=3,B得6,C得7,排除B,故选C。)

答案

C

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