递推数列通项公式的求法
各种数列问题在很多情形下,就是对数列通项公式的求解。特别是在一些综合性比较强的数列问题中,数列通项公式的求解问题往往是解决数列难题的瓶颈。
数列是近几年高考中的重点,难点,也是热点。所占分值约为12%--16%,并在解答题中必有一道且往往是以压轴题的形式出现,可见其重要性非同一般。从近几年高考数列题中不难发现,大部分试题都与通项公式有关,也进一步说明数列通项公式求法的重要性。当前我认为掌握了数列通项公式应是研究数列其它性质的重要前提,也会使我们解决数列相关问题变得更简单化。
高考大纲中也明确提出:要了解数列通项公式的意义,能根据数列递推公式求出通项公式并能解决简单的实际问题。据发现,很多学生学完了数列这章后总会感到数列很难,尤其是对数列通项公式求法感到很棘手。 一、求递推数列的常用方法和技巧 特殊方法: 1.公式法 2.累差法 3.累乘法 4.迭代法 5.倒数代换法 6.对数代换法 7.待定系数法 8待定函数法
8.特征方程法(含不动点法) 9.解方程组法 10.数学归纳法
11.换元法(含三角代换) 12.分解因式法
通用方法:(大神级方法) 13.母函数法(也叫级数法)(适合实验班数学高手,或者大学生,高中教师学习掌握。这种方法十分强大,比如像著名数列卡特兰数列递推公式都直接被母函数秒杀)
14.病灶分析法(自己发明的思维方法,名字起得不好听,呵呵。这种面向对象的思维方式非常好能激发学生的分析问题的能力!) 15.函数迭代法(详见附录一)(里面有 “算子代数”模型研究结果,难度较大,适合老师学习。这种方法威力极其强大,能算出极其难算的数列通项,适用范围一阶问题)
二、高考数学递推数列的常见类型 类型1.f(Sn,an)?0型的 类型2.递推公式为 类型3.递推公式为 类型4.递推公式为
(其中p,q均为常数,
)。
an?f(an?1)这种
类型5. 递推公式为an?1?pan?f?n?
类型6递推公式为??an?1?p(n)an?q(n)(p(n)?0)
?a1?a(a为常数)q 类型7.递推公式为an?1?pan?an?0?
类型8. 递推公式为an?2?pan?1?qan(其中p,q均为常数)。
an?1? 类型9.递推公式为
2an?p 类型10.an?1?型
2an?qpan?qran?h型(特别的情形是:an?1?an)
pan?1 类型11. 双数列型
?an?1?pan?qbn 递推公式为?确定an,bn.
b?sa?tbnn?n?122 类型12. 递推公式为an?1?pan?qan?rq?4pr?2q
?? 类型13.其他类型
类型14..循环数列 三、各类型求解方法 类型1.f(Sn,an)?0型的 这种类型一般利用an???S1????????????????(n?1)与an?Sn?Sn?1?f(an)?f(an?1)消去
?Sn?Sn?1???????(n?2)Sn (n?2)或与Sn?f(Sn?Sn?1)(n?2)消去an进行求解。
例题1. 已知数列?an?的前n项和Sn满足Sn?2an?(?1)n,n?1.
(Ⅰ)写出数列?an?的前3项a1,a2,a3; (Ⅱ)求数列?an?的通项公式;
分析:Sn?2an?(?1),n?1.---------------① 由a1?S1?2a1?1,得a1?1.----------------②
由n?2得,a1?a2?2a2?1,得a2?0--------------③ 由n?3得,a1?a2?a3?2a3?1,得a3?2---------④
n
用n?1代n得 Sn?1?2an?1?(?1)n?1-----------⑤ ①—⑤:an?Sn?Sn?1?2an?2an?1?2(?1)n 即an?2an?1?2(?1)n----------------------------⑥
an?2an?1?2(?1)n?22an?2?2(?1)n?1?2(?1)n?22an?2?22(?1)n?1?2(?1)n???2n?1a1?2n?1(?1)?2n?2(?1)2??2(?1)n
?2n?22?(?1)n?1---------------------------⑦ 3????解法二:
母函数法(这个通法用在这个题目上比较麻烦,这里仅仅是显示下母函数法的解题过程),母函数的优势在本题中体现不出来,但是作为通法,它有巨大价值! 1 an?2an?1?2(?1)n--------------------------------○2 2xf(x)??2anxn?1---------------------------○
n?1????(1?2x)f(x)?a1x??(an?2an?1)xnn?1(1?2x)f(x)?x??(?2)(?1)nxnn?1??(1?2x)f(x)?x?2?(?x)nn?1??
x2(1?2x)f(x)?x?21?xx?x2f(x)?(1?2x)(1?x)设f(x)?A?
BC?,待定系数,用赋值法建立方程组解得: 1?2x1?x12?1f(x)??6?321?2x1?x11?2?nf(x)???(2x)??(?x)n
26i?03i?0?2f(x)??[2n?2?(?1)n?1]xni?03
2an?[2n?2?(?1)n?1]
3解法三:(病灶分析法)仅仅阐述我的一种思维方式,并没有固定格式: 1 an?2an?1?2(?1)n--------------------------------○我们来看一看这个递推公式,如果没有加法做即可,现在这个
2an?1中的2,那我们都会做了,直接用累
2an?1中的2,就是所谓的“病灶”
,下面我们来消灭它!
an?2an?1?2(?1)n
an?2an?1?2(?1)nanan?11n??2(?)2n2n?12ananan?1an?1an?2a2a1a1 ?(n?n?1)?(n?1?n?2)?...?(2?1)?12n2222222nan1k1??2(?)??n222k?2(注明:书写方便起见,我直接采用“横式累加法”)
2an?[2n?2?(?1)n?1]
3解法四:(病灶分析法)
1 an?2an?1?2(?1)n--------------------------------○
我们来看一看这个递推公式,如果没有2(?1),那我们都会做了,直接就是等比数列了,直接秒杀,现在这个2(?1),就是所谓的“病灶”,下面看我消灭它!
n2(?1)我们用“函数撕裂”的思想把这个撕开,分别配到左边和右边:
nnan??(?1)n?2[an?1??(?1)n?1],比较系数得到??2 32{an?(?1)n},就是等比数列了,而且公比是2,轻易算得:
32an?[2n?2?(?1)n?1]
3解法五:(病灶分析法)
1 an?2an?1?2(?1)n--------------------------------○
和面一样,还是选取2(?1)为病灶,不同的是,前面对病灶的处理,相当于对“病灶改良”把病灶规范化,相当于一个得了癌症的人,治疗以后带瘤生活。现在我换一种处理方法,就是直接把这个病灶,“肿瘤”给它割掉!
n
2 an?2an?1?2(?1)n----------------------------------○3 an?1?2an?2?2(?1)n?1-----------------------------○从式中解出2(?1)n?1?2an?2?an?1带入○2中得到:
an?an?1?2an?2,然后用特征方程法或者待定系数法求解求解
你可能会笑,干嘛还做麻烦了呢?嘿嘿,这个解法五发出来仅仅是展示一下肿瘤
是怎么被切掉的。就题论题而言我们完全没必要采用这个方法,但是这种方法,在处理更复杂的递推公式的时候也不失为一种极好的“手术刀”!
类型2.递推公式为
解法:把原递推公式转化为an?1?an?f(n),利用累加法(逐差相加法)求解。 例题2:已知数列?an?满足a1?解:由条件知:an?1?an?11,an?1?an?2,求an。 2n?n1111??? 2n?nn(n?1)nn?1分别令n?1,2,3,??????,(n?1),代入上式得(n?1)个等式累加之,即
(a2?a1)?(a3?a2)?(a4?a3)????????(an?an?1)
1111111?(1?)?(?)?(?)????????(?)
22334n?1n1所以an?a1?1?
n11131?a1?,?an??1???
22n2n类型3.递推公式为解法:把原递推公式转化为
an?1?f(n),利用累乘法(逐商相乘法)求解。 an2nan,求an。 ,an?1?3n?1例题3:已知数列?an?满足a1?解:由条件知之,即
an?1n?,分别令n?1,2,3,??????,(n?1),代入上式得(n?1)个等式累乘ann?1aaa2a3a4123n?11??????????n????????????n?
na1a2a3an?1234a1n