例谈求简单递推数列通项的方法

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  數列是竞赛、高考必考的重要题型,每年高考都有一个大题,而且数列的命题背景新颖,综合性强、观察、分析、推理能力要求高,思维方法灵活,致使不少考生因为不会求通项或错误求解,直接造成后面的问题无法进行下去。本文针对近几年高考中有关递推数列考查问题进行归类例谈,以期对读者的学习有所帮助。
  
  一、公式法:利用熟知的的公式求通项公式的方法称为公式法,常用的公式有an
  
  =Sn-Sn-1(n≥2),等差数列或等比数列的通项公式。
  例1(2009四川卷文)设数列{an}的前n项和为Sn,对任意的正整数n,都有成立an=5Sn+1,求数数列{an}的通项公式。
  【解析】(I)当n=1时,a1=5S1+1,∴a1=-14
  又∵an=5Sn+1,an+1=5Sn+1+1
  ∴an+1-an=5an+1,即an+1an=-14
  ∴数列{an}是首项为a1=-14,公比为q=-14的等比数列,
  ∴an=(-14)n
  反思:利用相关数列an与Sn的关系:a1=S1,an=Sn-Sn-1(n≥2)与提设条件,建立递推关系,是本题求解的关键.
  
  二、作差求和法
  
  例2 在数列{an}中,a1=3,an+1=an+1n(n+1),求通项公式an.
  解:原递推式可化为:an+1=an+1n-1n+1
  则a2=a1+11-12, a3=a2+12-13
  a4=a3+13-14,……,an=an-1+1n-1-1n
  逐项相加得:an=a1+1-1n.故an=4-1n.
  
  三、作商求和法
  
  例3 设数列{an}是首项为1的正项数列,且(n+1)an+12-nan2+an+1an=0(n=1,2,3…),则它的通项公式是an=(2000年高考15题).
  解:原递推式可化为:
  [(n+1)an+1-nan](an+1+an)=0
  ∵ an+1+an>0,an+1an=nn+1
  则 a2a1=12,a3a2=23,a4a3=34,……,anan-1=n-1n
  逐项相乘得:ana1=1n,即an=1n.
  
  四、倒数变换:将递推数列an+1=canan+d(c≠0,d≠0),
  取倒数变成1an+1=dc1an+1c 的形式的方法叫倒数变换.
  例4 已知数列an(n∈N*)中, a1=1,an+1=an2an+1,求数列an的通项公式.
  【解析】:将an+1=an2an+1取倒数得:1an+1=2+1an,∵1an+1-1an=2,∴1an是以1a1=1为首项,公差为2的等差数列.1an=1+2(n-1),∴an=12n-1.
  反思:倒数变换有两个要点需要注意:一是取倒数.二是一定要注意新数列的首项,公差或公比变化了.
  五、归纳法:由数列前几项用不完全归纳猜测出数列的通项公式,再利用数学归纳法证明其正确性,这种方法叫归纳法.
  例5(2009陕西卷理)已知数列{xn}满足,x1=12,xn+1=11+xn,n∈N*.
  猜想数列{xn}的单调性,并证明你的结论;
  证:由x1=12及xn+1=11+xn得x2=23+x4=58,x4=1321
  由x2>x4>x6猜想:数列{x2n}是递减数列
  下面用数学归纳法证明:
  (1)当n=1时,已证命题成立(2)假设当n=k时命题成立,即x2k>x2k+2
  易知x2k>0,那么x2k+2-x2k+4=11+x2k+1-11+x2k+3=x2k+3-x2k+1(1+x2k+1)(1+x2k+3)
  =x2k-x2k+2(1+x2k)(1+x2k+1)(1+x2k+2)(1+x2k+3)>0
  即x2(k+1)>x2(k+1)+2
  也就是说,当n=k+1时命题也成立,结合(1)和(2)知,命题成立
  六、累加法:利用an=a1+(a2-a1)+…(an-an-1)求通项公式的方法称为累加法。累加法是求型如an+1=an+f(n)的递推数列通项公式的基本方法(f(n)可求前n项和).
  例6(2009全国卷Ⅰ理)在数列{an}中,a1=1,an+1=(1+1n)an+n+12n
  设bn=ann,求数列{bn}的通项公式。
  
  分析:(I)由已知有an+1n+1=ann+12n∴bn+1-bn=12n
  利用累差迭加即可求出数列{bn}的通项公式:bn=2-12n-1(n∈N*)
  反思:用累加法求通项公式的关键是将递推公式变形为an+1=an+f(n).
  七、换元法
  例7 已知数列{an},其中a1=43,a2=139,且当n≥3时,an-an-1=13(an-1-an-2),求通项公式an(1986年高考文科第八题改编).
  解:设bn-1=an-an-1,原递推式可化为:
  bn-1=13bn-2,{bn}是一个等比数列,b1=a2-a1=139-43=19,公比为13.故bn-1=b1•(13)n-2=19(13)n-2=(13)n.
  故an-an-1=(13)n.由逐差法可得:an=32-12(13)n.
  八、累乘法:利用恒等式an=a1a2a1a3a2…anan-1(an≠0,n≥2)求通项公式的方法称为累乘法,累乘法是求型如:an+1=g(n)an的递推数列通项公式的基本方法(数列g(n)可求前n项积).
  例8 已知a1=1,an=n(an+1-an)(n∈N*),求数列an通项公式。
  【解析】:∵an=n(an+1-an),∴an+1an=n+1n,又有an=a1a2a1a3a2…anan-1(an≠0,n≥2)=1×21×32×…×nn-1=n,当n=1时a1=1,满足an=n,∴an=n.
  反思:用累乘法求通项公式的关键是将递推公式变形为an+1=g(n)an.
  九、构造新数列:将递推公式an+1=qan+d(q,d为常数,q≠0,d≠0)通过(an+1+x)=q(an+x)与原递推公式恒等变成an+1+dq-1=q(an+dq-1)的方法叫构造新数列.
  例9 已知数列an中, a1=1,an=2an-1+1(n≥2),求an的通项公式.
  【解析】:利用(an+x)=2(an-1+x),求得an+1=2(an-1+1),∴an+1是首项为
  a1+1=2,公比为2的等比数列,即an+1=2n,∴an=2n-1
  反思:.构造新数列的实质是通过(an+1+x)=q(an+x)来构造一个我们所熟知的等差或等比数列.
  十、积差相消法
  例10(1993年全国数学联赛题一试第五题)设正数列a0,a1,an…,an,…满足anan-2-an-1an-2=2an-1(n≥2)且a0=a1=1,求{an}的通项公式.
  解 将递推式两边同除以an-1an-2整理得:anan-1-2an-1an-2=1
  设bn=anan-1,则b1=a1a0=1,bn-2bn-1=1,故有
  b2-2b1=1(1)
  b3-2b2=1(2)
  …………
  bn-2bn-1=1(n-1)
  由(1)×2n-2+(2)×2n-3 +…+(n-1)20得bn=1+2+22+…+2n-1=2n-1,即anan-1=2n-1.
  逐项相乘得:an=(2-1)2•(22-1)2…(2n-1)2,考虑到a0=1,
  故 an=1
  (2-1)2(22-1)2…(2n-1)2
   (n=0)
  (n≥1).
  十一、取对数法
  例11 若数列{an}中,a1=3且an+1=an2(n是正整数),则它的通项公式是an=(2002年上海高考题).
  解 由题意知an>0,将an+1=an2两边取对数得lgan+1=2lgan,即lgan+1lgan=2,所以数列{lgan}是以lga1=lg3为首项,公比为2的等比数列,lgan=lga1•2n-1=lg32n-1 ,即an=32n-1.
  十二、平方(开方)法
  例12 若数列{an}中,a1=2且an=3+a2n-1(n≥2),求它的通项公式是an.
  解 将an=3+a2n-1两边平方整理得a2n-a2n-1=3。数列{a2n}是以a21=4为首项,3为公差的等差数列。a2n=a21+(n-1)×3=3n+1。因为an>0,所以an=3n+1。
  十三、待定系数法
  待定系数法解题的关键是从策略上规范一个递推式可变成为何种等比数列,可以少走弯路.其变换的基本形式如下:
  1.an+1=Aan+B(A、B为常数)型,可化为an+1+λ=A(an+λ)的形式.
  例13 若数列{an}中,a1=1,Sn是数列{an}的前n项之和,且Sn+1=Sn3+4Sn(n≥1),求数列{an}的通项公式是an.
  解 递推式Sn+1=Sn3+4Sn可变形为1Sn+1=3•1Sn+4(1)
  设(1)式可化为1Sn+1+λ=3(1Sn+λ)(2)
  比较(1)式与(2)式的系数可得λ=2,则有1Sn+1+2=3(1Sn+2)。故数列{1Sn+2}是以1S1+2=3为首项,3为公比的等比数列。1Sn+2=3•3n-1=3n。所以Sn=13n-1。
  当n≥2,an=Sn-Sn-1=13n-2-13n-1-2=-2•3n32n-8•3n+12。
  数列{an}的通项公式是an=1
  (n=1)
  -2•3n32n-8•3n+12
  (n≥2)
  。
  2.an+1=Aan+B•Cn(A、B、C为常数,下同)型,可化为an+1+λ•Cn+1=A(an+λ•Cn)的形式.
  例14 在數列{an}中,a1=-1,an+1=2an+4•3n-1,求通项公式an。
  解:原递推式可化为:
  an+1+λ•3n=2(an+λ•3n-1)①
  比较系数得λ=-4,①式即是:an+1-4•3n=2(an-4•3n-1).
  则数列{an-4•3n-1}是一个等比数列,其首项a1-4•31-1=-5,公比是2.
  ∴an-4•3n-1=-5•2n-1
  即an=4•3n-1-5•2n-1.
  3.an+2=A•an+1+B•an型,可化为an+2+λan+1=(A+λ)•(an+1+λan)的形式。
  例15 在数列{an}中,a1=-1,a2=2,当n∈N,an+2=5an+1-6an ①求通项公式an.
  解:①式可化为:
  an+2+λan+1=(5+λ)(an+1+λan)
  比较系数得λ=-3或λ=-2,不妨取λ=-2.①式可化为:
  an+2-2an+1=3(an+1-2an)
  则{an+1-2an}是一个等比数列,首项a2-2a1=2-2(-1)=4,公比为3.
  ∴an+1-2an=4•3n-1.利用上题结果有:
  an=4•3n-1-5•2n-1.
  4.an+1=Aan+Bn+C型,可化为an+1+λ1n+λ2=A[an+λ1(n-1)+λ2]的形式。
  例16 在数列{an}中,a1=32,2an-an-1=6n-3①
  求通项公式an.
  解 ①式可化为:
  2(an+λ1n+λ2)=an-1+λ1(n-1)+λ2②
  比较系数可得:
  λ1=-6,λ2=9,② 式为2bn=bn-1
  {bn}是一个等比数列,首项b1=a1-6n+9=92,公比为12.
  ∴bn=92(12)n-1
  即 an-6n+9=9•(12)n
  故an=9•(12)n+6n-9.
  小结:求递推数列的通项公式的方法很多,以上只是提供了几种常见的方法,如果我们想在求递推数列中游刃有余,需要在平时的练习中多观察、多思考,还要不断的总结经验甚至教训。
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