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【摘 要】对于an=man-1+k型递推数列,利用加权累加法、累乘法、差分法和换元法等方法求其通项公式,并探讨了此类数列和差等比数列的交叉关系。
【關键词】递推数列;通项公式;差等比数列
数列是高中数学的一个重要模块,内容丰富、综合性强,尤其是求递推数列的通项公式,需要观察、归纳、转化,是近年来高考和竞赛的热点之一。对于形如an=man-1+k(m,k为常数)的递推数列,我进行了思考分析、归类整理和拓展比较,形成了一套行之有效的解题策略,下面通过实例具体说明。
例 已知数列{an}满足a1=3,an=2an-1+1,求数列{an}的通项公式。
1.加权累加法
由an=2an-1+1,可得2an-1=22an-2+2,22an-2=23an-3+22,…,2n-2a2
=2n-1a1+2n-2。以上各式相加,即得an=2n-1a1+1+2+22+…+2n-2。把a1=3代入,整理可得an=2n+1-1。
点评:构造加权累加,旨在消去数列的中间各项,从而可得通项an与首项a1、项数n之间的关系。
2.累乘法
an=2an-1+1变形可得an+1=2(an-1+1),亦有an-1+1=2(an-2+1),…,a2+1=2(a1+1)。把上述n-1个式子相乘,可得an+1=2n-1(a1+1),故an=2n-1-1。
点评:累乘法思路清晰、计算量小,关键在于挖掘递推数列的变形关系式,该问题可利用待定系数法解决。比如,设递推数列an=man-1+k变形为an-λ=m(an-1-λ),由此可解出λ=。这一思想和有些教材中介绍的特征根法、不动点法类似,可推广应用到形如an=man-1+k×bn的数列,设其可变形为an-λ·bn=m(an-1-λ·bn-1),由此可得λ=,此时,{an-λ·bn}是公比为m的等比数列,故an=λbn+(a1-λb)mn-1=a1mn-1+。
3.差分法
对于an=2an-1+1和an-1=2an-2+1,两式相减可得an-an-1=2(an-1-an-2),由于{an-an-1}是首项为a2-a1=4、公比为2的等比数列,故an-an-1=4×2n-1,迭代可得an=2n+1-1。
点评:递推数列an=man-1+k也是一阶差等比数列,即数列{an}的一阶差分数列{an-an-1}是首项为a2-a1=d、公比为m的等比数列,利用差分法可推证该数列的通项公式为an=a1+d。
4.换元法
对于an=2an-1+1,左右两边同时除以2n,可得=+,则新构造的数列{}正是一阶差等比数列,根据方法三的结论,可直接得出=2-,故an=2n+1-1。
点评:虽然上述求解略显繁琐,但对于an=man-1+k×bn型数列,利用换元法却非常简洁。由=+k×()n可知,数列{}是一阶差等比数列,其一阶差分数列的首项为-、公比为,可推出=+(-),故通项公式为an=a1mn-1+,与方法二的结论完全相同。
an=man-1+k型递推数列和等比数列、差等比数列密切相连,解题方法灵活多变,不同方法之间又互为运用,并为更复杂的an=man-1+k×bn型递推数列提供求解思路。
【参考文献】
[1]朱立明.另辟蹊径,求数列通项的三种思路[J].数学教学研究,2015.34(3):41-44
[2]高巧玲.常见数列及其关系[J].山西教育,2009.11:18-20
【關键词】递推数列;通项公式;差等比数列
数列是高中数学的一个重要模块,内容丰富、综合性强,尤其是求递推数列的通项公式,需要观察、归纳、转化,是近年来高考和竞赛的热点之一。对于形如an=man-1+k(m,k为常数)的递推数列,我进行了思考分析、归类整理和拓展比较,形成了一套行之有效的解题策略,下面通过实例具体说明。
例 已知数列{an}满足a1=3,an=2an-1+1,求数列{an}的通项公式。
1.加权累加法
由an=2an-1+1,可得2an-1=22an-2+2,22an-2=23an-3+22,…,2n-2a2
=2n-1a1+2n-2。以上各式相加,即得an=2n-1a1+1+2+22+…+2n-2。把a1=3代入,整理可得an=2n+1-1。
点评:构造加权累加,旨在消去数列的中间各项,从而可得通项an与首项a1、项数n之间的关系。
2.累乘法
an=2an-1+1变形可得an+1=2(an-1+1),亦有an-1+1=2(an-2+1),…,a2+1=2(a1+1)。把上述n-1个式子相乘,可得an+1=2n-1(a1+1),故an=2n-1-1。
点评:累乘法思路清晰、计算量小,关键在于挖掘递推数列的变形关系式,该问题可利用待定系数法解决。比如,设递推数列an=man-1+k变形为an-λ=m(an-1-λ),由此可解出λ=。这一思想和有些教材中介绍的特征根法、不动点法类似,可推广应用到形如an=man-1+k×bn的数列,设其可变形为an-λ·bn=m(an-1-λ·bn-1),由此可得λ=,此时,{an-λ·bn}是公比为m的等比数列,故an=λbn+(a1-λb)mn-1=a1mn-1+。
3.差分法
对于an=2an-1+1和an-1=2an-2+1,两式相减可得an-an-1=2(an-1-an-2),由于{an-an-1}是首项为a2-a1=4、公比为2的等比数列,故an-an-1=4×2n-1,迭代可得an=2n+1-1。
点评:递推数列an=man-1+k也是一阶差等比数列,即数列{an}的一阶差分数列{an-an-1}是首项为a2-a1=d、公比为m的等比数列,利用差分法可推证该数列的通项公式为an=a1+d。
4.换元法
对于an=2an-1+1,左右两边同时除以2n,可得=+,则新构造的数列{}正是一阶差等比数列,根据方法三的结论,可直接得出=2-,故an=2n+1-1。
点评:虽然上述求解略显繁琐,但对于an=man-1+k×bn型数列,利用换元法却非常简洁。由=+k×()n可知,数列{}是一阶差等比数列,其一阶差分数列的首项为-、公比为,可推出=+(-),故通项公式为an=a1mn-1+,与方法二的结论完全相同。
an=man-1+k型递推数列和等比数列、差等比数列密切相连,解题方法灵活多变,不同方法之间又互为运用,并为更复杂的an=man-1+k×bn型递推数列提供求解思路。
【参考文献】
[1]朱立明.另辟蹊径,求数列通项的三种思路[J].数学教学研究,2015.34(3):41-44
[2]高巧玲.常见数列及其关系[J].山西教育,2009.11:18-20