1利用待定常數法(重點)
例1 已知數列{n }中,若1=1,且n+1=3n-4(n=1,2,3,…). 求數列的通項公式n.
分析:若關係式是n+1=3n即為等比數列,因此考慮處理-4,若能化為n+1+x=3(n+x),則可構造等比數列{n+x}。
解:設n+1=3n-4恆等變形為n+1+x=3(n+x),即n+1=3n+2x,比較係數得:x=-2
n+1-2=3(n-2)
數列{n-2}是以1-2=-1為首項,公比為3的等比數列
n-2=(-1)3n-1 即n = -3n-1+2.
說明:給出一階遞推關係式形如 (n=1,2,…),A、B為常數,均可使用待定常數法,構造等比數列求出通項。
例2 已知數列{n }中,前n項和sn = 2n-3n, 求數列的通項公式n.
分析:已知等式中不是遞推關係式,利用可轉化為:n -2n-1=2,考慮3n-1是變數,引入待定常數x時,可設n- x=2(n-1- x),從而可構造等比數列。
解:1=s1=21-3 則1=3,
當n2時, =(2n-3n)-(2n-1-3n-1)即n-2n-1=2 ,設其可恆等變形為:n- x=2(n-1- x),(需要注意的是上面的指數,這是某種關係而不是固定的常數,故在恆等變形時需注意兩邊對應的關係,而不應該用X代替x,也可以不設“-”設“+”,結果是一樣的。)
即 n -2n-1=x ,比較係數得:x=2.
n- 2=2(n-1- 2 )
數列{n- 2}是以1-6=-3為首項,公比為2的等比數列。
n- 2=(-3)2n-1
n=2-3.
說明:對於型如n=An-1+f(n)(A為常數)的一階遞推關係式。可利用待定常數法,構造等比數列;但須體現新數列相鄰兩項的規律性,設其可恆等變形為:n- xg(n)=A[n-1- xg(n-1)],若x存在,則可構造等比數列{ n- xg(n)}。
2 利用配方法
有些遞推關係式經“配方”後,可體現等差(比)的規律性。
例3 設n0,1=5,當n2時,n+n-1=+6, 求數列的通項公式n。
分析:給出的遞推關係式不能反映規律性,因此考慮去分母得:2n-2n-1=7+6(n-n-1),為體現規律性,變形為:2n-2n-1-6n+6n-1=7,即(n-3)2-(n-1-3)2=7.
解:由n+n-1=+6(n2)變形為:
2n-2n-1=7+6(n-n-1) 即(n-3)2-(n-1-3)2=7 (n2)
數列{ }是以(1-3)2=4為首項,公差為7的等差數列
=4+7(n-1)=7n-3,而n0
n=+3
說明:遞推關係式中含有二次項、一次項時可考慮用配方法,揭示規律,構造等差(比)數列。
3 利用因式分解
有些遞推關係式經因式分解後,可體現等差(比)的規律性。
例4已知數列{n }是首項為1的正項數列,且2n+1 + 3n+1 - 22n + 3n - nn+1=0求數列的通項公式n。
分析:由已知遞推關係式,若配方,則無法配成完全平方或完全平方項之和。因此考慮用因式分解化簡,尋求更實質的關係。可變形為:n+1(n+1 +3)+3n - nn+1 +n(-2n)=0。
解:由已知有:n+1(n+1 +3)+3n - nn+1 +n(-2 n)=0
(n+1 + n)[(n+1 + 3)-2n]=0,而n0
n+1 + 3 -2n=0,則利用待定常數法有(n+1 - 3)-2(n -3)=0
數列{n -3}是以1-3=-2為首項,公比為2的等比數列。
n-3 =(-2)2n-1 即n = 3-2n
說明:因式分解能達到化簡的目的,使遞推關係式簡化,凸顯規律性。
5 利用倒數
有些數列的遞推關係式,經取倒數變形後,顯現出規律性,可構造等比(差)數列。
例7 已知x1=1,x2=2,xn+ 2=,試求xn 。
分析:由遞推關係式結構特徵,易聯想到倒數,即有 xn+2 =,從而
=,可構造等比數列。
解:對遞推關係式兩邊取倒數得:=
可變形為=(-)()
數列{}是以=-為首項,公比為-的等比數列
=(-)(-= (n2)
=+()+()+ … +()
= 1 + (-)+(-)2 + … +
= + (n2)
= (n2) 而當n=1時亦滿足。
= (n1)
說明:遞推關係式中含有相鄰兩項之積與相鄰兩項之和的關係,可考慮取倒數(或化為分式),揭示規律,構造等比(差)數列。
例8已知數列{n }中,1=7,n2時,,求數列的通項公式n
分析:已知遞推關係式右邊為分式,取倒數後可化為:,未能反映規律,
但若能化為的關係,則可揭示規律;結合待定常數法,可確定A值。
解:由已知: (A0)即(2A+1≠0)
令,解得:A=1
已知關係式可恆等變形為,取倒數得: (n2)。
數列{}是以=為首項,公差為的等差數列。
= +(n-1),即 (n1)
說明:①例8中的遞推關係式結構特徵,亦易想到取倒數,但要靈活結合待定常數法,構造新數列,凸顯等差的規律性。
②引入待定常數A是為了揭示變化的一致性(規律性),若A值存在,則可反映此變化規律。若A值不存在,則考慮其它變形。
6 利用換元
有些數列的遞推關係式看起來較為複雜,但應用換元和化歸思想後,可構造新數列進行代換,使遞推關係式簡化,從而揭示等差(比)規律,求出通項。
例9已知數列{an }中, 求(1981年第22屆IMO預選題)。
分析:已知遞推關係式中的較難處理,考慮用換元去掉根式,即令(0)。
解:令,則=5, 0,從而=
由已知遞推關係式有:
化簡得:=()2
2=, 由待定常數法得:2(-3)= -3
數列{-3}是以-3=2為首項,公比為的等比數列。
-3=2()n-1 即 = + 3
== (n1)
說明:對於遞推關係式中較難處理的根式(比如不能反映相鄰項的規律性),可採用換元去掉根式,化簡遞推關係式,揭示相鄰項的變化規律,構造等比(差)數列。
例10 設=1,=(nN),求證:(1990年匈牙利奧林匹克試題)。
分析:比較已知與結論,應先求通項公式。待證的不等式中含有,且已知遞推關係式中含有,據此兩個資訊,考慮進行三角代換,化簡遞推關係式。
證明:由已知0,引入數列{}使=tan,(0,)
由已知有:=
即=,又=1,,從而
即數列{}是以為首項,公比為的等比數列
= = , 而當x(0,)時,有tanxX
= tan
說明:對於遞推關係式中,型如可考慮採用三角代換,化簡遞推關係式,揭示規律性。
總之,構造等比(差)數列關鍵在於抓住遞推關係式的結構特徵,選擇恰當方法進行恆等變形,往往能揭示等比(差)規律,順利求出通項。
參考文獻:
⑴ 羅增儒. 遞推數列.«高考到競賽»(數學),陝西師範大學出版社,2002,7。
⑵ 陳傳理、劉詩雄. 遞推數列.«高中數學競賽名師講座»,華中師範大學出版社,1993,4。
⑶ 秦永. 遞推數列.中學數學教學參考(陝西師範大學),2003(4)。
⑷ 樊友年.構造法解數列綜合題. 中學數學教學參考,2002(7)。
1利用待定常數法(重點)
例1 已知數列{n }中,若1=1,且n+1=3n-4(n=1,2,3,…). 求數列的通項公式n.
分析:若關係式是n+1=3n即為等比數列,因此考慮處理-4,若能化為n+1+x=3(n+x),則可構造等比數列{n+x}。
解:設n+1=3n-4恆等變形為n+1+x=3(n+x),即n+1=3n+2x,比較係數得:x=-2
n+1-2=3(n-2)
數列{n-2}是以1-2=-1為首項,公比為3的等比數列
n-2=(-1)3n-1 即n = -3n-1+2.
說明:給出一階遞推關係式形如 (n=1,2,…),A、B為常數,均可使用待定常數法,構造等比數列求出通項。
例2 已知數列{n }中,前n項和sn = 2n-3n, 求數列的通項公式n.
分析:已知等式中不是遞推關係式,利用可轉化為:n -2n-1=2,考慮3n-1是變數,引入待定常數x時,可設n- x=2(n-1- x),從而可構造等比數列。
解:1=s1=21-3 則1=3,
當n2時, =(2n-3n)-(2n-1-3n-1)即n-2n-1=2 ,設其可恆等變形為:n- x=2(n-1- x),(需要注意的是上面的指數,這是某種關係而不是固定的常數,故在恆等變形時需注意兩邊對應的關係,而不應該用X代替x,也可以不設“-”設“+”,結果是一樣的。)
即 n -2n-1=x ,比較係數得:x=2.
n- 2=2(n-1- 2 )
數列{n- 2}是以1-6=-3為首項,公比為2的等比數列。
n- 2=(-3)2n-1
n=2-3.
說明:對於型如n=An-1+f(n)(A為常數)的一階遞推關係式。可利用待定常數法,構造等比數列;但須體現新數列相鄰兩項的規律性,設其可恆等變形為:n- xg(n)=A[n-1- xg(n-1)],若x存在,則可構造等比數列{ n- xg(n)}。
2 利用配方法
有些遞推關係式經“配方”後,可體現等差(比)的規律性。
例3 設n0,1=5,當n2時,n+n-1=+6, 求數列的通項公式n。
分析:給出的遞推關係式不能反映規律性,因此考慮去分母得:2n-2n-1=7+6(n-n-1),為體現規律性,變形為:2n-2n-1-6n+6n-1=7,即(n-3)2-(n-1-3)2=7.
解:由n+n-1=+6(n2)變形為:
2n-2n-1=7+6(n-n-1) 即(n-3)2-(n-1-3)2=7 (n2)
數列{ }是以(1-3)2=4為首項,公差為7的等差數列
=4+7(n-1)=7n-3,而n0
n=+3
說明:遞推關係式中含有二次項、一次項時可考慮用配方法,揭示規律,構造等差(比)數列。
3 利用因式分解
有些遞推關係式經因式分解後,可體現等差(比)的規律性。
例4已知數列{n }是首項為1的正項數列,且2n+1 + 3n+1 - 22n + 3n - nn+1=0求數列的通項公式n。
分析:由已知遞推關係式,若配方,則無法配成完全平方或完全平方項之和。因此考慮用因式分解化簡,尋求更實質的關係。可變形為:n+1(n+1 +3)+3n - nn+1 +n(-2n)=0。
解:由已知有:n+1(n+1 +3)+3n - nn+1 +n(-2 n)=0
(n+1 + n)[(n+1 + 3)-2n]=0,而n0
n+1 + 3 -2n=0,則利用待定常數法有(n+1 - 3)-2(n -3)=0
數列{n -3}是以1-3=-2為首項,公比為2的等比數列。
n-3 =(-2)2n-1 即n = 3-2n
說明:因式分解能達到化簡的目的,使遞推關係式簡化,凸顯規律性。
5 利用倒數
有些數列的遞推關係式,經取倒數變形後,顯現出規律性,可構造等比(差)數列。
例7 已知x1=1,x2=2,xn+ 2=,試求xn 。
分析:由遞推關係式結構特徵,易聯想到倒數,即有 xn+2 =,從而
=,可構造等比數列。
解:對遞推關係式兩邊取倒數得:=
可變形為=(-)()
數列{}是以=-為首項,公比為-的等比數列
=(-)(-= (n2)
=+()+()+ … +()
= 1 + (-)+(-)2 + … +
= + (n2)
= (n2) 而當n=1時亦滿足。
= (n1)
說明:遞推關係式中含有相鄰兩項之積與相鄰兩項之和的關係,可考慮取倒數(或化為分式),揭示規律,構造等比(差)數列。
例8已知數列{n }中,1=7,n2時,,求數列的通項公式n
分析:已知遞推關係式右邊為分式,取倒數後可化為:,未能反映規律,
但若能化為的關係,則可揭示規律;結合待定常數法,可確定A值。
解:由已知: (A0)即(2A+1≠0)
令,解得:A=1
已知關係式可恆等變形為,取倒數得: (n2)。
數列{}是以=為首項,公差為的等差數列。
= +(n-1),即 (n1)
說明:①例8中的遞推關係式結構特徵,亦易想到取倒數,但要靈活結合待定常數法,構造新數列,凸顯等差的規律性。
②引入待定常數A是為了揭示變化的一致性(規律性),若A值存在,則可反映此變化規律。若A值不存在,則考慮其它變形。
6 利用換元
有些數列的遞推關係式看起來較為複雜,但應用換元和化歸思想後,可構造新數列進行代換,使遞推關係式簡化,從而揭示等差(比)規律,求出通項。
例9已知數列{an }中, 求(1981年第22屆IMO預選題)。
分析:已知遞推關係式中的較難處理,考慮用換元去掉根式,即令(0)。
解:令,則=5, 0,從而=
由已知遞推關係式有:
化簡得:=()2
2=, 由待定常數法得:2(-3)= -3
數列{-3}是以-3=2為首項,公比為的等比數列。
-3=2()n-1 即 = + 3
== (n1)
說明:對於遞推關係式中較難處理的根式(比如不能反映相鄰項的規律性),可採用換元去掉根式,化簡遞推關係式,揭示相鄰項的變化規律,構造等比(差)數列。
例10 設=1,=(nN),求證:(1990年匈牙利奧林匹克試題)。
分析:比較已知與結論,應先求通項公式。待證的不等式中含有,且已知遞推關係式中含有,據此兩個資訊,考慮進行三角代換,化簡遞推關係式。
證明:由已知0,引入數列{}使=tan,(0,)
由已知有:=
即=,又=1,,從而
即數列{}是以為首項,公比為的等比數列
= = , 而當x(0,)時,有tanxX
= tan
說明:對於遞推關係式中,型如可考慮採用三角代換,化簡遞推關係式,揭示規律性。
總之,構造等比(差)數列關鍵在於抓住遞推關係式的結構特徵,選擇恰當方法進行恆等變形,往往能揭示等比(差)規律,順利求出通項。
參考文獻:
⑴ 羅增儒. 遞推數列.«高考到競賽»(數學),陝西師範大學出版社,2002,7。
⑵ 陳傳理、劉詩雄. 遞推數列.«高中數學競賽名師講座»,華中師範大學出版社,1993,4。
⑶ 秦永. 遞推數列.中學數學教學參考(陝西師範大學),2003(4)。
⑷ 樊友年.構造法解數列綜合題. 中學數學教學參考,2002(7)。