遞推式求數列通項公式常見型別及解法
對於由遞推式所確定的數列通項公式問題,通常可通過對遞推式的變形轉化成等差數列或等比數列,也可以通過構8造把問題轉化。下面分類說明。
一、型例1. 在數列中,已知,求通項公式。
解:已知遞推式化為,即,
所以。將以上個式子相加,得
,所以。
二、型例2. 求數列的通項公式。
解:當,
即當,所以。
三、型例3. 在數列中,,求。
解法1:設,對比,得。於是,得,以3為公比的等比數列。
所以有。
解法2:又已知遞推式,得
上述兩式相減,得,因此,數列是以為首項,以3為公比的等比數列。
所以,所以。
四、型例4. 設數列,求通項公式。
解:設,則,,
所以,即。
設這時,所以。
由於是以3為首項,以為公比的等比數列,所以有。
由此得:。
說明:通過引入一些尚待確定的係數轉化命題結構,經過變形與比較,把問題轉化成基本數列(等差或等比數列)。
五、型例5. 已知b≠0,b≠±1,,寫出用n和b表示an的通項公式。
解:將已知遞推式兩邊乘以,得,又設,於是,原遞推式化為,仿型別三,可解得,故。
說明:對於遞推式,可兩邊除以,得,引入輔助數列,然後可歸結為型別三。
六、型例6. 已知數列,求。
解:在兩邊減去。
所以為首項,以。
所以令上式,再把這個等式累加,得
。所以 。
說明:可以變形為,就是
,則可從,解得,於是是公比為的等比數列,這樣就轉化為前面的型別五。
等差、等比數列是兩類最基本的數列,是數列部分的重點,自然也是高考考查的熱點,而考查的目的在於測試靈活運用知識的能力,這個「靈活」往往集中在「轉化」的水平上。
轉化的目的是化陌生為熟悉,當然首先是等差、等比數列,根據不同的遞推公式,採用相應的變形手段,達到轉化的目的。
附:構建新數列巧解遞推數列競賽題
遞推數列是國內外數學競賽命題的「熱點」之一,由於題目靈活多變,答題難度較大。本文利用構建新數列的統一方法解答此類問題,基本思路是根據題設提供的資訊,構建新的數列,建立新數列與原數列對應項之間的關係,然後通過研究新數列達到問題解決之目的。其中,怎樣構造新數列是答題關鍵。
1 求通項
求通項是遞推數列競賽題的常見題型,這類問題可通過構建新數列進行代換,使遞推關係式簡化,這樣就把原數列變形轉化為等差數列、等比數列和線性數列等容易處理的數列,使問題由難變易,所用的即換元和化歸的思想。
例1、數列中,,。求。
(2023年第22屆imo預選題)
分析本題的難點是已知遞推關係式中的較難處理,可構建新數列,令,這樣就巧妙地去掉了根式,便於化簡變形。
解:構建新數列,使
則 , ,即
化簡得,即數列是以2為首項,為公比的等比數列。
即2 證明不等式
這類題一般先通過構建新數列求出通項,然後證明不等式或者對遞推關係式先進行巧妙變形後再構建新數列,然後根據已經簡化的新數列滿足的關係式證明不等式。
例2、設, ,求證:。
(2023年匈牙利數學奧林匹克試題)
分析利用待證的不等式中含有及遞推關係式中含有這兩個資訊,考慮進行三角代換,構建新數列,使,化簡遞推關係式。
證明:易知,構建新數列,使,
則 ,又, ,從而
因此,新數列是以為首項,為公比的等比數列。
考慮到當時,有。所以,
注:對型如,,都可採用三角代換。
3 證明是整數
這類題把遞推數列與數論知識結合在一起,我們可以根據題目中的資訊,構建新數列,找到新的遞推關係式直接解決,或者再進行轉化,結合數論知識解決。
例3、設數列滿足,
求證: 。
分析直接令,轉化為證明
證明:構建新數列,令
則, 代入整理得
從而於是由已知,,,由上式可知,,,依次類推, ,即。
例4、設r為正整數,定義數列如下:, 求證:。
(2023年中國台北數學奧林匹克試題)
分析把條件變形為比較與前的係數及與的足碼,考慮到另一項為,等式兩邊同乘以,容易想到構新數列,使。
證明:由已知得
構建新數列,
則,又 |
|,從而。
4 解決整除問題
一般通過構建新數列求出通項,再結合數論知識解決,也可用數學歸納法直接證明。
例5、設數列滿足,,對一切,有
,求所有被11整除的的一切n值。
(2023年巴爾幹地區數學奧林匹克試題)
分析變形遞推關係式為,就容易想到怎樣構建新數列了。
解:由已知
構建新數列
則,從而,,,當時,由於被11整除,因而也被11整除。
所以,所求n值為,8,及的一切自然數。
5 證明是完全平方數
這類題初看似乎難以入手,但如能通過構建新數列求出通項,問題也就迎刃而解了。
例6、設數列和滿足,,且
求證:是完全平方數。
(2023年全國高中聯賽加試題)
分析先用代入法消去和,得,如果等式中沒有常數項6,就可以利用特徵根方法求通項,因此可令,易求得。
證明:由①式得, 代入②得
化為構建新數列,,且,
由特徵方程得兩根
, 所以
當,1時,有
解得:則則因為為正偶數,所以,是完全平方數。
從上述各題構建新數列的過程中,可以看出對題設中遞推式的觀察、分析,並據其結構特點進行合理變形,是成功構建新數列的關鍵。構建新數列的目的是為了化繁為簡、化未知為已知、化不熟悉為熟悉,這也是解答數學問題的共性之所在。
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