第12讲 数列的递推
本节主要内容两个基本递推:a n +1=a n +d ,a n =qa n ;线性递推,二阶或高阶递推的特征方程与特征根;其他递推.
1.基本概念:
①递归式:一个数列}{n a 中的第n 项n a 与它前面若干项1-n a ,2-n a ,…,k n a -(n
k <)的关系式称为递归
式.
②递归数列:由递归式和初始值确定的数列成为递归数列. 2.常用方法:累加法,迭代法,代换法,代入法等. 3.思想策略:构造新数列的思想. 4.常见类型: 类型Ⅰ:??
?=≠+=+为常数)
a a
a n p n q a n p a n n ()
0)(()()(11(一阶递归)
其特例为:(1))0(1≠+=+p q pa a n n (2))0()(1≠+=+p n q pa a n n (3))0()(1≠+=+p q a n p a n n
解题方法:利用待定系数法构造类似于“等比数列”的新数列.
①形如)(1
n q a a n n +=+的递归式,其通项公式求法为:1
1
1111
1
()()n n n k k k k a a a a a q k --+===+-=+∑∑
②形如n n a n p a
)(1
=+的递归式,其通项公式求法为: 32111
2
1
(1)(2)(1)
n n n a a a a a a p p p n a a a -=?
?
?=??-
③形如)1()(1≠+=+p n q pa a n n 的递推式,两边同除以1
+n p 得
1
1
1)(++=+
=
n n
n n n p
n q p
a p
a ,令
n n
n b p
a =则句可转化为①
来处理. 类型Ⅱ:??
?==≠≠+=++为常数)
b a b a a a q p qa pa a n
n n ,(,)
0,0(2112(二阶递归)
解题方法:利用特征方程q px x +=2,求其根α、β,构造n n n B A a βα+=,代入初始值求得B A ,. ①若p+q=1时,有q a a n n -=-+1)(1--n n a a 可知}{1n n a a -+是等比数列,先求得n n a a -+1,再求出n a . ②若p+q ≠l ,则存在α,β满足=α-+n n a a 1)(1--βn n a a 整理得11)(-+αβ-β+α=n n n a a a 从而α+β=p , αβ=q ,可解出α、β,这样可先求出}{1n n a a α-+的通项表达式,再求出n a .
注意α、β实质是二次方程q px x +=2的两个根,将方程q px x +=2叫做递归式n n n qa pa a +=++12的特征方程. 在数列{n a }中,给出a 1, a 2,且n n n qa pa a +=++12 ,它的特征方程q px x +=2的两根为α与β.如果α≠β,则n n n B A a βα+=;如果α=β则n
n
B An a
α+=)(,其中A 与B 是常数,可由初始值a 1,a 2 求出.
类型Ⅲ. 如果递归数列{a n }满足 a n+1d
ca b aa n n ++=,其中c ≠0,ad -bc ≠0,以及初始值a 0≠f (a 1),则称此数列为分式
线性递归数列.我们称方程d
cx b ax x ++=
的根为该数列的不动点.若该数列有两个相异的不动点p 、q ,则
}
{q
a p a n n --为等比数列;若该数列仅有惟一的不动点p ,则}1{p
a n -是等差数列·
5.求递归数列通项的常用方法有:换元法、特征根法、数学归纳法等.
A 类例题
例1 一给定函数)(x f y =的图象在下列图中,并且对任意)1,0(1∈a ,由关系式)(1n n a f a =+
得到的数列}{n a 满足)N (*1∈>+n a a n n ,则该函数的图象是( )(2005年辽宁卷)
(A ) (B) (C)
(D) 分析 利用递推式意义及数形结合,
分析清楚函数值与自变量的关系,即可判断. 解 由)(1n n a f a =+,n n a a >+1,得n n a a f >)(,即x x f >)(,故选A . 例2已知数列1}{1=a a n 中,且a 2k =a 2k -1+(-1)K , a 2k+1=a 2k +3k , 其中k=1,2,3,……. (I )求a 3, a 5;(II )求{ a n }的通项公式. (2004年全国高考题)
分析 由于给出两个递推关系与奇数项、偶数项有关,因此因从奇数项或偶数项之间的关系入手. 解(I )a 2=a 1+(-1)1=0, a 3=a 2+31=3.a 4=a 3+(-1)2=4, a 5=a 4+32=13, 所以,a 3=3,a 5=13. (II) a 2k+1=a 2k +3k = a 2k -1+(-1)k +3k ,
所以a 2k+1-a 2k -1=3k +(-1)k
, 同理a 2k -1-a 2k -3=3k -1+(-1)k -1, …… a 3-a 1=3+(-1).
所以(a 2k+1-a 2k -1)+(a 2k -1-a 2k -3)+…+(a 3-a 1) =(3k +3k -1+…+3)+[(-1)k +(-1)k -1+…+(-1)], 由此得a 2k+1-a 1=
2
3(3k -1)+
2
1[(-1)k -1],
于是a 2k+1=
.1)1(2
12
3
1
--+
+k
k
a 2k = a 2k -1+(-1)k
=
2
12
3
+
k
(-1)
k -1
-1+(-1)k
=
2
12
3
+
k
(-1)k =1.
{a n }的通项公式为:
当n 为奇数时,a n =
;12
1)
1(2
3
2
1
2
1
-?
-+-+n n
当n 为偶数时,.12
1)1(2
322-?
-+=
n
n
n
a
说明 这种给出递推关系,求通项公式问题,一般是转化为等差数列或等比数列,或者通过观察、归纳,或者通过顺次迭代,以求通项公式.
情景再现
1.已知数列{a n }满足a 1=1,a n =2a n -1+n -2(n ≥2),求通项a n . (2004年四川省高中数学联赛) 2.设c
bx x x f +=
)((c b ,为常数),若2
1)2(=
f ,且0
2
)(=-
x x f 只有唯一实数根
(1)求)(x f 的解析式
(2)令)(,11
1
-==n n
a f a a 求数列{}n
a 的通项公式.
B 类例题
例3 (1)一次竞赛在n(n >1)轮中共发了m 枚奖章.第一轮发了1枚及余下的m -1枚的7
1,第2轮发了2
枚及余下的
7
1,…,直至第n 轮正好发了n 枚而没有余下奖章.这个竞赛共包括几轮?一共发了多少枚奖章?
(第9届国际数学奥林匹克)
(2)把一个圆分成n 个不同的扇形(n ≥2),依次记为S 1,S 2,…, S n ,每个扇形都可以用红、蓝、白三种颜色
中任一种涂色,要求相邻的扇形颜色互不相同,问有多少种涂法?
分析 第(1)题,每一轮发的奖章数具有一定规律,因而可以建立每一轮发的奖章数的关系或每一轮余下的奖章数的关系.第(2)题,设法建立涂法总数的递推关系和求得初始值,进而求得涂法总数. 解 (1)设竞赛进行了k 轮后,余下a k 枚奖章.因为第k 轮发出奖章数k+17(a n -1 -k )具有a k =a k -1- [k+1
7(a k -1 -k )]
即a k = 67a k -1-6
7 k 且a 0=m, a n =0.进一步变形为
a k +6k -36= 6
7
[a k -1+6(k -1)-36]
从而a n +6n -36= (a 0-36)n
)76(= (m -36)n
)7
6
(
即a n = (m -36)n
)7
6
(-(6n -36),
又因为a n =0,故(m -36)=(n -6)
1
6
7-n n
而n -6<6n -1,且7n 与6n -1互质,m,n ∈N +,故n=6,m=36. 因此,这个竞赛共包括6轮,一共发了36枚奖章.
(2)设涂法总数为a n (n ≥2)当n=2时,先对S 1涂法色,有3种涂法,继而得S 2只有两种涂法,
因而a 2=6.当时n ≥3, S 1有3种涂法, S 2有2种涂法, S 3有2种涂法,…, S n -1有2种涂法, S n 仍有2种涂法. (不论是否S 1与同色),这样共有3×2n -1种涂法,但这3×2n -1种涂法分为两类:一类是S n 与S 1同色,认为S n 与S 1合为一个扇形,此时涂法有a n -1种涂法;另一类是S n 与S 1不同色,此时涂法有a n 种涂法.
因而有a n + a n -1=3×2
n -1
(n ≥3)
令p n =a n
2n , 则2p n +p n -1=3 (n ≥3)
于是有1-n
p =)
1(2
11--
-n p , (n ≥3) p 2=a 2
2
2
从而有
1-n p =)1()21
(22
---p n =1
21-?
?
? ??--n
于是1=n p 1
21-?
?
?
??--n 得a n =2n p n =2n +(-1)n ·2 (n ≥3)
但当n=2时也适合上式,故得a n =2n +(-1)n ·2 (n ≥2) 故共有种a n =2n +(-1)n ·2 (n ≥2)涂法
说明 这类试题经常在全国高中数学联赛及国际数学奥林匹克中出现.这两个问题都是用递推方法解决计数问题,希望读者对这类问题能够进行较为深入的钻研. 例4 数列{a n }定义如下:a 1=1,a n+1 =
16
1(1+4 a n +
n
a 241+),求它的通项公式.
分析 带根号的部分不好处理,平方会导致较繁的关系式,容易想到作代换:令=
n
b
n a 241+
解 设=
n
b n a 241+,则24
12
-=
n n b a ,.51=b 于是原递推式可化为
41(16124
12
1+=-+n b 24
12
-?
n b +)n
b
即(2b n+1)2=(b n +3)2,由于b n 、b n+1非负,所以2b n+1=b n +3. 故b n+1-3=21
(b n -3).
所以b n+1-3= (b n -3)(2
1
)n -
2
即2
)
2
1(3-+=n n
b
所以24
12
-=
n n
b a
=
n
n 2
12
31311
2+
?+
-
说明 这是1981年IMO 的预选题,解题的关键是换元、转化.
例5设{x n }、{y n }为如下定义的两个数列:x 0=1,x 1=1,x n+1=x n +2 x n -1,y 0=1,y 1=7,y n+1=2y n +3y n -1,(n=1,2,3…),于是这两个数列的前n 项为x n :1,1,3,5,11,21…, y n :1,7,17,55,161,487,….证明:除了“1”这项外,不存在那样的项,它同时出现在两个数列之中. (第二届美国中学生数学竞赛试题) 分析 本题题均属于线性递归数列问题,可用特征根的方法来解决.
解 数列{x n }的通项公式形如n
n
n
C C x β+α=2
1
,其中βα、是数列的特征方程x 2=x +2的两根,
即1,2-=β=α,故n
n
n
C C x )1(22
1
-+=.由x 0=1,x 1=1得C 1=23,C 2=1
3
,
所以 =n
x 23×2n +13(-1)n = 1
3
[2n+1+(-1)n ]
同理可得数列的{y n }通项公式为 y n =2×3n -(-1)n .
用反证法证明两个数列无其它公共项. 假设 x m =y n ,即1
3
[2m+1+(-1)m ]= 2×3n -(-1)n ,
则 2(3n+1-2m )=(-1)m +3(-1)n ①
若奇偶性相同,则①式右边为4或-4.左边=2(奇-偶)=2×奇数,故左边不是4的倍数,因此左边不等于右边.同理若m 、n 奇偶性不相同时左边也不等于右边.
说明 在求得特征方程的根以后,要依据根的重数正确写出数列通项的一般表达式,再根据初始值求得待定系数的值.
例6 数列{a n }满足a 0=1,2
364572
1
-+=
+n n n a a a
,N n ∈,证明:(1)对于任意N n ∈,a 为整数;(2)对于
任意N n ∈,11-+n n a a 为完全平方数. (2005年高中数学联赛) 证明:(1)由题设得a 1=5,且数列{a n }严格单调递增,将条件变形得
36
45722
1-=
-+n n n a a a ,
两边平方法整理得0972
121
=++-++n n n n a a a a
①
∴0972
1
1
2
=++---n n
n n
a a a a ② ①-②得0)7)((111=-+--++n n n n n a a a a a
∵1
+ a a , ∴071 1 =-+-+n n n a a a , 1 1 7-+-=n n n a a a ③ 由③及a 0=1, a 1=5可得a n 为正整数. (2)将①两边配方得=++2 1 )(n n a a )1(91-+n n a a ∴11-+n n a a =2 1)3 ( n n a a ++④ 因为是n a 整数,故11-+n n a a 为整数,故④右边是整数的平方.即为为完全平方数. 所以对于任意N n ∈,11-+n n a a 为完全平方数. 情景再现 3.小伟和小明来到咖啡店,他们买了一杯咖啡和一杯牛奶各150ml,每个杯子的容积为200ml,甲杯盛牛奶,乙杯盛咖啡,想将二者混合,兑换成近乎相同的奶咖啡,没有其它的容器,只得利用二个杯子中的剩余空间倒来倒去,使其混合.规定将乙杯里的部分倒入甲杯中,使甲杯盛满饮料,充分搅匀,再将甲杯里的饮料倒入乙杯中,使甲、乙杯中的饮料相等.这叫做一次操作.请你回答下列四个问题: Ⅰ、一次操作后甲杯里的饮料中牛奶的体积百分比为多少? Ⅱ、求第n 次操作后甲杯里的饮料中牛奶的体积百分比的数学表达式. Ⅲ 至少几次操作后甲杯里的饮料中牛奶的体积百分比不超过51%? Ⅳ、你能否设计新操作,得到更优的方案以减少操作次数? (2003年北京应用知识竞赛题) 4. 已知a 1=1,a 2=3,a n+2=(n+3)a n+1-(n+2)a n ,若当m ≥n ,a m 的值都能被9整除,求n 的最小值. (湖南省2002年高中数学竞赛) C 类例题 例7 数列{a n }按如下法则定义:a 1=1n n n a a a 41211+ = +, 证明:对n >1, 1 222 -n a 均为正整数· (1991年全苏数学冬令营) 分析 因为结论中涉及到根号及a 2n 项,因而令1 222 -= n n a b ,并对已给递推关系两边平方就容易找到解题 思路. 解 令1 222 -= n n a b , 则1 222 2 -= n n a b ,因此2 21n n b a = +1 2 , 因为+ + = +2 2 21 1614 1n n n a a a 14 于是 + +2 1 1n b 12 = 14 (+ +2 1 1n b 1 2 )+? ?? ? ??+211 161 2n b +1 4 即 )2(222 21 +=+n n n b b b ① 所以]2)2((2[22 12 12 21 ++=--+n n n n b b b b =2 2 12 ) 1(4+-n n b b . ② 41 222 22=-= a b ,241 222 33=-= a b , 由②及b 2 、b 3∈N*, 知道对n >1, 1 222 -n a 均为正整数. 说明 这道试题,通过换元,将关于如的问题转化为关于b n 的问题,得到①式后,再用) 2(22 1212+=--n n n b b b 代 入可证明21 +n b 是一个完全平方数的关键一步,通过这一步代入可使问题得到顺利解决. 例8. 设a 1=1,a 2=3,对一切正整数n 有 a n+2=(n+3)a n+1-(n+2)a n ,求所有被11整除的如的值. 分析 先根据给定的递推关系,通过换元,把问题转化,最后求得a n 的通项公式,进而完成本题. 解 由已知条件得(a n+2-a n+1)= (n+2)(a n+1-a n ) 设b n+1=a n+1-a n (n ≥1),则由条件有 b n+1=(n+1)(a n -a n -1)=(n+1) b n (n ≥2), 故b n = nb n -1=n(n -1) b n -2= n(n -1)(n -2)…3 b 2 =n !(n ≥2) 所以a n =(a n -a n -1 )+(a n -1-a n -2)+ …+(a 2-a 1)+a 1 =b n + b n -1 +…+b 2+1 =1 n k k =∑! 由此可以算出a 4=4 1 k k =∑!=33=11×3, a 8=8 1k k =∑!=46233=11×4203, a 10=10 1 k k =∑!=4037913=11×367083. 当n ≥11时,注意到11 n k k =∑!能被11整除,因而a n =10 1 k k =∑!+11 n k k =∑ !也能被11整除. 故当n=4,n=8或当n ≥10时, a n 均被11整除. 说明 这是1990年巴尔干地区的数学奥林匹克试题,本题中换元起了重要的作用.这是阿贝尔求和法. 情景再现 5.3个数列{a n }、{ b n }、{ c n }存在下列关系:a 1=1, b 1=2 1,b n =a n+1-a n , c n =b n+1-b n =np n --1 3 (n=1,2,3…)这里的p 为正常数. (1)求a n ; (2)证明:若c n ≥0,则c n+1>0; (3)若数列{b n }的最小项为b 4,求p 取值范围. 6.数列{a n }、{ b n }满足0<a 1<b 1,n n n b a a 21111 + =+n n n b a b += +2 121 (n=1,2,3…) 证明下列命题: (1) a 2<b 2<b 1; (2) 对任何正整数n 有b n > a n+1; (3) 对任何整数n ≥2,有b n <b 1. 习题12 A 类习题 1. 已知数列{a n }满足a 1=1,a n +1=a n +n 2(n ≥2),求通项a n . 2.(2003年全国高考题)已知数列).2(3,1}{111≥+==--n a a a a n n n n 满足 (Ⅰ)求;,32a a (Ⅱ)证明.2 13-= n n a 3.(2001上海春季高考)某公司全年的利润为b 元,其中一部分作为奖金发给n 位职工,奖金分配方案如下:首先将职工按工作业绩(工作业绩均不相同)从大到小,由1到n 排序,第1位职工得奖金 n b 元,然后再 将余额除以n 发给第2位职工,按此方法将奖金逐一发给每位职工,并将最后剩余部分作为公司发展基金. (1)设a k (1≤k ≤n )为第k 位职工所得奖金金额,试求a 2,a 3,并用k 、n 和b 表示a k (不必证明); (2)证明a k >a k +1(k =1,2,…,n -1),并解释此不等式关于分配原则的实际意义; (3)发展基金与n 和b 有关,记为P n (b ),对常数b ,当n 变化时,求lim ∞ →n P n (b ). 4.已知点的序列A n (x n ,0),n ∈N*,其中x 1=0,x 2=a (a >0),A 3是线段A 1A 2的中点,A 4是线段A 2A 3的中点,…,A n 是线段A n -2A n -1的中点,…. (1)写出x n 与x n -1、x n -2之间关系式(n ≥3); (2)设a n =x n +1-x n ,计算a 1,a 2,a 3,由此推测数列{a n }的通项公式,并加以证明; (3) 求lim ∞ →n x n . 5.已知+++∈-===N n a a a a a n n n ,22,4,012 2 1 求数列{a n }的通项公式. 6.已知+ +++∈-+====N n a a a a a a a n n n n ,22,6,2,0123 3 2 1 求数列{a n }的通项公式. B 类习题 7.已知++++∈+-====N n a a a a a a a n n n n ,8126,8,2,1123 3 2 1 求数列{a n }的通项公式. 8.已知+ +++∈+-=-===N n a a a a a a a n n n n ,12167,13,1,2123 3 2 1 求数列{a n }的通项公式. 9.有一条n 级楼梯,如果每步只能跨上一级或两级,问欲登上去,共有几种走法? 10.(1)是否存在正整数的无穷数列{a n },使得对任意正憨整数n 都有a 2n+1≥2 a n a n+2. (2)是否存在正无理数的无穷数列{a n },使得对任意正憨整数n 都有a 2n+1≥2 a n a n+2. (首届中国东南地区数学奥林匹克试题) C 类习题 11.设数列}{n a 满足条件:2,121==a a ,且 ,3,2,1(12=+=++n a a a n n n )求证:对于任何正整数n ,都有 n n n n a a 1 11+ ≥+ (湖南省2004年高中数学竞赛) 12.求所有a ∈R,使得由a n+1=2n -3a n (n ∈N)所确定的数列a 0, a 1, a 2,…是递增数列.(1980年英国中学生数学竞赛试题) 本节“情景再现”解答: 1.解:由已知可得:a n +n =2(a n -1+n -1)(n ≥2) 令b n =a n +n ,则b 1=a 1+1=2,且b n =2b n -1(n ≥2) 于是b n =2·2n -1=2n ,即a n +n =2n 故a n =2n -n (n ≥2), 因为a 1=1也适合上述式子, 所以a n =2n -n (n ≥1) 2.解:(1)b c c b f 242 122)2(-=∴=+= ,又c bx bx c x x x f 22)2(2 )(+--= - 令0 2 )(=- x x f 得0)2(=--bx c x 当0≠b 时得方程的实数根0=x 和b c x -= 2 于是1,2==b c , 当0=b 时4=c 方程有唯一实数根0=x x x x f += ∴2)(或4 )(x x f =(2)当x x x f += 2)(时,2 11+= --n n n a a a ,令, 1n n a b = 则121 +=-n n b b , )1(211+=+∴-n n b b 1 21 1 2 -= ∴-=∴n n n n a b 当4 )(x x f = 时,14 1-= n n a a {}n a ∴为等比数列, 1)4 1(-=n n a 1 21-= ∴ n n a 或n n a -=14 3.解:Ⅰ.设 p=150 , %p p p a 754 3311== + = Ⅱ. 设n 次操作前、后甲杯里的饮料中牛奶的体积百 分比分别为、a n 1-n a ,则n 次操作前、后乙杯里的饮料中牛奶的体积百分比分别为、a n 11--n a -1, p p p a p a a n n n 313 1)1(11+ ?-+= --= 4 12 11+ -n a , ∴法 ①)(2 1211----= -n n n n a a a a ∴1 2 12 1++ = n n a ∴ 法②)21(2 12 11- = - -n n a a ∴1 2 12 1++ = n n a Ⅲ. ∴100 512 1 2 11 ≤ + +n ∴n ≥6. Ⅳ. 规定将乙杯里的部分倒入甲杯中,使甲杯盛满饮料,充分搅匀,再将甲杯里的饮料倒入乙杯中,使乙杯盛满饮料,充分搅匀.这叫做一次操作. 设n 次操作后甲杯里的饮料中牛奶的体积百分比分别为n a ,乙杯里的饮料中牛奶的体积百分比为n b . 43311=+=p p p a , 83 3 23232 43 1=+? =p p p b . 16 93 23 23 2833 24 3 2= + ?+? =p p p p a 32 153 23 23 2833216 9 2 = + ?+? =p p p p b ∴p p b p a a n n n 343 23 211?+? = -- 第n 次操作后甲杯里的饮料 p 3 2,乙杯里的饮料 p 3 4. ∴ p b p a p n n =?+ ?3 43 2∴343=+n n b a .n a = 8 34 11+ -n a , ∴n n n a 21 22 12 += - ∴ 100 512 1 2 21 2≤ +-n n , ∴n ≥4. 至少4操作后甲杯里的饮料中牛奶的体积百分比不超过51%. 4.解:由) (12 ++-n n a a =11 )2()3(-+-+-+n n n a a n a n ))(2(1n n a a n -+=+) )(1)(2(1--++=n n a a n n )(34)1)(2(12a a n n n -????++=) 2(+=n !故++-+-+= )()(2 3 1 2 1 a a a a a a n )(1 --n n a a =1+2!+3!+…+n !(n ≥1),由于153,33,9,3,15 4 3 2 1 =====a a a a a ,此时153被9整除.当m ≥5时∑=+ =m k m k a a 1 5 ! 而k ≥6时6!被9整除.于是当m ≥5时a n 被9整除,故所求的n 的最小值为5 5. (1)因为c n =b n+1-b n =3n -1-np,故b n =b 1+ (b 2-b 1)+ (b 3-b 2)+ …+(b n -b n -1) =12 +(1+3+…+3n -2)-[1+2+3+… +(n -1)]p=12 [3n -1-n(n -1)p], 即b n =a n+1-a n =12 [3n -1 -n(n -1)p] 故a n =a 1+ (a 2-a 1)+ (a 3-a 2)+ …+(a n -a n -1)= 3n -1+34- p 6 -1)(n -2) (2)若c n =b n+1-b n =3n -1-np ≥0, 则3n -1≥np,c n+1=b n+2-b n+1=3n -(n+1)p ≥3np -(n+1)p =(2n -1)p >0. (3)因为b n =1 2 [3n -1-n(n -1)p]≥b 4,故应有c 3=b 4-b 3≤0,c 4=b 5-b 4≥0,即c 3=9-3p ≤0, c 4=27-4p ≥0,故3≤p ≤274.利用(2)的结论验算可知,当3≤p ≤274时,对一切正整数n,均有b n ≥b 4.故p 的取值范围是[3,274] 6. (1)??? ????+=+=++n n n n n n b a b b a a 2122111 11 ②① 因为110b a <<由①②可知n n b a ,皆正. ①×②得 2 42 142 12 121 1=? +≥+ + + = ++n n n n n n n n n n b a a b b a a b a b ,所以, 11 ++≥n n a b n=1时,2 2 a b ≥但若 2 11 1224b a a b a b = ? =112b a =?,这与1 10b a <<矛盾,故只可能有, 2 2 a b >又由②可得 1 111122 32 12 12b b b b a b =+< += , 即 112 4 3b b b <<,因此122b b a <<. (2)由(1)可知, 11 ++≥n n a b 即n n a b ≥,由②得n n n b a b 241 +=+n n n n b a b b 2)(41-=-+=n n n b b a --)(<0,故n n b b <+1 ,即 n n n b b a <≤++11所以n n b a <+1 . (3)由(2)知n n b b <+1 故{b n }卓单调递减,从而1 21 b b b b n n <<<<- ,因此1 b b n <. 本节“习题12”解答: 1.∵a n +1=a n +n 2,∴a n +1-a n =n 2, 故a n =(a n -a n -1 )+(a n -1-a n -2)+ …+(a 2-a 1)+a 1=-1+16n(n-1)(2n-1)= 1 6 (n 3-3n 2+n-6) 2.(Ⅰ)∵a 1=1 . ∴a 2=3+1=4, a 3=32+4=13 . (Ⅱ)证明:由已知a n -a n -1=3n -1,故 . 2 13133 3 )()()(2 1 1 12211-= ++++=+-++-+-=-----n n n n n n n n a a a a a a a a 所以证得2 13-= n n a . 3.(1)第1位职工的奖金a 1=n b ,第2位职工的奖金a 2= n 1(1- n 1)b ,第3位职工的奖金a 3= n 1(1- n 1)2b ,…, 第k 位职工的奖金a k =n 1 (1-n 1) k -1 b ; (2)a k -a k +1= 2 1n (1- n 1)k -1b >0,此奖金分配方案体现了“按劳分配”或“不吃大锅饭”的原则. (3)设f k (b )表示奖金发给第k 位职工后所剩余数,则f 1(b )=(1-n 1)b ,f 2(b )=(1- n 1)2b ,…,f k (b )=(1- n 1)k b .得 P n (b )=f n (b )=(1- n 1)n b ,故e b b P n n = ∞ →)(lim . 4.(1)当n ≥3时,x n = 2 2 1--+n n x x ;= - =-- =-+=-==-=21221 2232121,21)(2 12 ,)2(a a x x x x x x x a a x x a a a x x x x x x x 41)21(21)(2 12 2332 334= -- =--=-+= -=, 由此推测a n =(- 2 1)n -1a (n ∈N . 证:因为a 1=a >0,且 1111 12 1)(2 12 2 ----+- =-= -= -+= -=n n n n n n n n n n n a x x x x x x x x x a (n ≥2)所以a n =(- 2 1)n -1a .(3)当n ≥3时, 有x n =(x n -x n -1)+(x n -1-x n -2)+…+(x 2-x 1)+x 1=a n -1+a n -2+…+a 1,由(2)知{a n }是公比为- 2 1的等比数列,所以 3 2)21(1lim 1=- -= ∞ →a x n n a . 5.特征方程x 2=2x -2有两个相异实根x 1=1+i,x 2=1-i.则数列{a n }的通项公式为:n n n i C i C a )1()1(21-++=,代 入前两项的值,得?? ?=-++=-++4 )1()1(0)1()1(2 22 121i C i C i C i C 解此方程组得:C 1=-1-i,C 2=-1+i, 故π +-=--+-=+++4 1cos 2 ) 1() 1(2 3 1 1 n i i a n n n n . 6.特征方程x 3=2x 2+x -2有三个相异实根x 1=1,x 2=-1, x 2=2,则数列{a n }的通项公式为: n n n C C C a 2)1(321+-+=,代入前三项的值,得?????=+-=++=+-, 68,24,02321 321321C C C C C C C C C 解此方程组得:C 1=-2,C 2=0,C 3=1 故2 2 -=n n a . 7.特征方程x 3=6x 2-12x +2有三重实根x =2,则数列{a n }的通项公式为: n n C n nC C a 2)(3221?++=,代入前三项的值,得?????=++=++=++, 872248,21684,1222321 321321C C C C C C C C C 解此方程组得:C 1=1,C 2=4 3- ,C 3= 4 1 故2 22 )34(-+-=n n n n a . 8.特征方程x 3=7x 2-16x +12有x 1=x 2=2, x 3=3,,则数列{a n }的通项公式为: 32132)(C nC C a n n n +?+=,代入前三项的值,得?????-=++=++=++, 1327248, 1984, 2322321 321321C C C C C C C C C 解此方程组得:C 1=4,C 2= 2 3,C 3=-3, 故.3232112+-+-?+=n n n n n a 9. 由于登上n 级台阶可以从第n -2直接上来,也可以通过第n -1级分步上来,这样登上n 级台阶的走法不仅与登上n -1级走法有关,且也与登上n -2级台阶的走法有关,故这里可以考虑通过二阶递推式来进行求解. 登上第一级只有一种走法,记a 1=1,登上第二级,有两种走法,记a 2=2,如果要登上第n 级,那么可能是第n -1级走上来,也可能是第n -2级跨上两级上来的,故有a n =a n -1+a n -2, 显然这是缺了F 0项的Fibonacci 数列,它的通项为 F n = 5 1[( 2 5 1+)n+1-( 2 5 1-)n+1]所 n 级楼梯,共有F n 种不同的走法. 10.假设存在正整数列{a n }满足条件. ∵2 21 2++≥n n n a a a , a n >0 ∴ 211 ≤ -n n a a 2 212 1≤--n n a a 2 3 22 1---≤≤n n n a a 12a a ,n=3,4,5, 又∵1 2a a 1 22 22 1a a ?≤ -所以有≤ -1 n n a a 2 2 1-n 1 2a a ? ,n=2,3,4,5, ∴≤???? ? ??=--1 12221n n n a a a a ≤??? ? ??--+-22 12)3()2(21 n n n a a a ≤ ??? ? ??≤-++-+-22 121)3()2(21 a a a n n n ∴2 1 2 1 22 212---? ? ? ? ??≤n n n n a a a 设[)Z k a k k ∈∈+,2 ,21 2 2 取N=k+3 则有 ?? ? ??≤---21 2 1 22 212N N N N a a a , 11221 1 2 2 11 ≤? ?? ? ??++++k k k k a 这N a 与是正整数矛盾. 所以不存在正整数列{a n }满足条件. 11.证明:令 10=a ,则有 11-++=k k k a a a ,且 ),2,1(11 11 =+ = +-+k a a a a k k k k 于是 ∑ ∑ =+-=++ = n k k k n k k k a a a a n 1 1 11 1 由算术-几何平均值不等式,可得 n n n a a a a a a 1 3 22 11+? ?? ≥ +n n n a a a a a a 1 13 12 0+-? ?? 注意到 110==a a ,可知 n n n n n a a a 1 1 111+++ ≥ ,即 n n n n a a 1 11+ ≥+ 12.令b n =a n 2n ,则b n+1=-32b n +12,两边减去 15 , 得b n+1-15=-32(b n -15),即数列{ b n -15}是公比为-3 2 的等比数列, 所以b n -15=(b 0-15)(-32)n =(a 0-15)(-32n ,a n =2n b n =2n (a 0-15)·(-32)n +15·2n , 即a n =(a 0-15)·(-3)n +1 5·2n (n ≥0), 从而a n+1-a n = 2n 10[ 403 (a 0-15)·(-32)n +1] ,设A=403 (a 0-15)则a n+1-a n = 2n 10[ A(-32)n +1] ,若a 0>1 5, 则A >0, 对充分大的奇数n 有(-32)n >1A a n <a n -1, 若a 0<15,则A <0. 对充分大的偶数n 有(32)n >-1 A 于是a n <a n - 1. 综上所述,当a 0≠15时,数列{a n }不是单调递增.仅当a 0= 15时a n+1-a n = 2n 10 >0,数列{a n }是单调递增. 数列知识点及常用解题方法归纳总结 一、 等差数列的定义与性质 () 定义:为常数,a a d d a a n d n n n +-==+-111() 等差中项:,,成等差数列x A y A x y ?=+2 ()()前项和n S a a n na n n d n n = +=+ -112 12 {}性质:是等差数列a n ()若,则;1m n p q a a a a m n p q +=++=+ {}{}{}()数列,,仍为等差数列;2212a a ka b n n n -+ S S S S S n n n n n ,,……仍为等差数列;232-- ()若三个数成等差数列,可设为,,;3a d a a d -+ ()若,是等差数列,为前项和,则 ;421 21 a b S T n a b S T n n n n m m m m =-- {}()为等差数列(,为常数,是关于的常数项为52 a S an bn a b n n n ?=+ 0的二次函数) {}S S an bn a n n n 的最值可求二次函数的最值;或者求出中的正、负分界=+2 项,即: 当,,解不等式组可得达到最大值时的值。a d a a S n n n n 11 000 0><≥≤?? ?+ 当,,由可得达到最小值时的值。a d a a S n n n n 11000 <>≤≥?? ?+ {}如:等差数列,,,,则a S a a a S n n n n n n =++===--1831123 (由,∴a a a a a n n n n n ++=?==----12113331 ()又·,∴S a a a a 3132 22 33113 = +=== 求数列通项公式及求和的基本方法 1.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 1n n n a S S -=-(2)n ≥,等差数列或等比数列的通项公式。 例一 已知无穷数列{}n a 的前n 项和为n S ,并且* 1()n n a S n N +=∈,求{}n a 的通项 公式 12n n a ?? = ??? . 反思:利用相关数列{}n a 与{}n S 的关系:11a S =,1n n n a S S -=-(2)n ≥与提设条件,建立递推关系,是本题求解的关键. 2.累加法:利用1211()()n n n a a a a a a -=+-+???-求通项公式的方法称为累加法。累加法是求型如1()n n a a f n +=+的递推数列通项公式的基本方法(()f n 可求前n 项和). 已知112a =,112n n n a a +??=+ ??? * ()n N ∈,求数列{}n a 通项公式. 3. 累乘法:利用恒等式3 21 121 (0,2)n n n n a a a a a a n a a a -=???≠≥求通项公式的方法称为累乘法,累乘法是求型如: 1()n n a g n a +=的递推数列通项公式的基本方法(数列()g n 可求前n 项积). 已知11a =,1()n n n a n a a +=-* ()n N ∈,求数列{}n a 通项公式. n a n =. 反思: 用累乘法求通项公式的关键是将递推公式变形为1()n n a g n a +=. 4.构造新数列: 类型1 )(1 n f a a n n +=+ 解法:把原递推公式转化为)(1n f a a n n =-+,利用累加法(逐差相加法)求解。 例1:已知数列{}n a 满足211=a ,n n a a n n ++ =+2 11 ,求n a 1131122n a n n =+-=- 解: 类型2 n n a n f a )(1 =+ 解法:把原递推公式转化为 )(1 n f a a n n =+,利用累乘法(逐商相乘法)求解。 例2:已知数列{}n a 满足321=a ,n n a n n a 11+= +,求n a 。23n a n = 解: 变式:(全国I,)已知数列{a n },满足a 1=1,1321)1(32--+???+++=n n a n a a a a (n ≥2),则{a n } 的通项1 ___n a ?=? ? 12 n n =≥ 2 ! n a n = )2(≥n 求数列通项公式的方法 一、公式法 例1 已知数列{}n a 满足1232n n n a a +=+?,12a =,求数列{}n a 的通项公式。 解:1232n n n a a +=+?两边除以12n +,得 113222n n n n a a ++=+,则113222n n n n a a ++-=,故数列{}2 n n a 是以1222 a 1 1==为首项,以23 为公差的等差数列,由等差数列的通项公式,得31(1)22n n a n =+-,所以数列{}n a 的通项公式为31()222 n n a n =-。 评注:本题解题的关键是把递推关系式1232n n n a a +=+?转化为 11 3 222 n n n n a a ++-=,说明数列{}2n n a 是等差数列,再直接利用等差数列的通项公式求出31(1)22 n n a n =+-,进而求出数列{}n a 的通项公式。 二、累加法 例2 已知数列{}n a 满足1121 1n n a a n a +=++=,,求数列{}n a 的通项公式。 解:由121n n a a n +=++得121n n a a n +-=+则 11232211 2 ()()()()[2(1)1][2(2)1](221)(211)1 2[(1)(2)21](1)1 (1)2(1)1 2 (1)(1)1n n n n n a a a a a a a a a a n n n n n n n n n n n ---=-+-++-+-+=-++-+++?++?++=-+-++++-+-=+-+=-++=L L L 所以数列{}n a 的通项公式为2 n a n =。 评注:本题解题的关键是把递推关系式121n n a a n +=++转化为121n n a a n +-=+,进而求出11232211()()()()n n n n a a a a a a a a a ----+-++-+-+L ,即得数列{}n a 的通项公式。 知识框架 111111(2)(2)(1)(1)()22()n n n n n n m p q n n n n a q n a a a q a a d n a a n d n n n S a a na d a a a a m n p q --=≥=?? ←???-=≥?? =+-? ?-?=+=+??+=++=+??两个基等比数列的定义本数列等比数列的通项公式等比数列数列数列的分类数列数列的通项公式函数角度理解 的概念数列的递推关系等差数列的定义等差数列的通项公式等差数列等差数列的求和公式等差数列的性质1111(1)(1) 11(1)() n n n n m p q a a q a q q q q S na q a a a a m n p q ---=≠--===+=+???? ? ??????????????????? ???????????? ???? ????????????? ?????? ? ?? ?? ?? ?? ??????????? 等比数列的求和公式等比数列的性质公式法分组求和错位相减求和数列裂项求和 求和倒序相加求和累加累积 归纳猜想证明分期付款数列的应用其他??????? ? ? 掌握了数列的基本知识,特别是等差、等比数列的定义、通项公式、求和公式及性质,掌握了典型题型的解法和数学思想法的应用,就有可能在高考中顺利地解决数列问题。 一、典型题的技巧解法 1、求通项公式 (1)观察法。(2)由递推公式求通项。 对于由递推公式所确定的数列的求解,通常可通过对递推公式的变换转化成等差数列或等比数列问题。 (1)递推式为a n+1=a n +d 及a n+1=qa n (d ,q 为常数) 数列的通项公式与求和 的常见方法 Company number:【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 常见数列通项公式的求法 类型一:公式法1(或定义法) 例1. 已知数列{}n a 满足11a =, 12n n a a +-=*()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 例2.已知数列{}n a 满足12a =,13n n a a += *()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 变式练习: 1.已知数列{}n a 满足12a =, 110n n a a +-+=*()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 2.已知数列{}n a 满足16a =-, 13n n a a +=+*()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 3. 已知数列{}n a 满足11a =,2 1 2=a , 11112n n n a a a -++=(2)n ≥,求数列{}n a 的通项公式。 4.已知数列{}n a 满足11a =,13n n a a +=*()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 类型二:(累加法))(1n f a a n n +=+ 解法:把原递推公式转化为)(1n f a a n n =-+,利用累加法(逐差相加法)求解 例:已知数列{}n a 满足121n n a a n +=++*()n N ∈, 11a =,求数列{}n a 的通项公式。 变式练习: 1.已知数列{}n a 满足21 1=a ,n a a n n 21+=+, * ()n N ∈求数列{}n a 的通项公式。 2.已知数列{}n a 满足11a =,11 (1) n n a a n n -=+-, (2)n ≥,求数列{}n a 的通项公式。 3.已知数列{}n a 满足1231n n n a a +=+?+, * ()n N ∈,13a =,求数列{}n a 的通项公式。 4.已知数列{}n a 中,12a =,11 ln(1)n n a a n +=++, 求数列{}n a 的通项公式。 类型三:(叠乘法)n n a n f a )(1=+ 解法:把原递推公式转化为)(1 n f a a n n =+,利用累乘法(逐商相乘法)求解 例:在数列{}n a 中,已知11a =,1(1)n n na n a -=+, (2)n ≥,求数列{}n a 的通项公式。 变式练习: 1.已知数列{}n a 满足321= a ,n n a n n a 1 1+=+,* ()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 2.已知31=a ,n n a n n a 2 3131 +-=+ )1(≥n ,求数列{}n a 的通项公式。 3.已知数列 {}n a 满足125n n n a a +=?* ()n N ∈, 13a =,求数列{}n a 的通项公式。 类型四:递推公式为n S 与n a 的关系式()n n S f a = 解法:这种类型一般利用 与)()(11---=-=n n n n n a f a f S S a 消去n S )2(≥n 或与)(1--=n n n S S f S )2(≥n 消去n a 进行求解。 例. 已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,12a =且 12n n S a +=(2)n ≥.求数列{}n a 的通项公式。 1. 已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,42n n S a =+, 求数列{}n a 的通项公式。 2.已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,251n S n n =+- 求数列{}n a 的通项公式。 3.已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,23n n S =+, 求数列{}n a 的通项公式。 类型五:待定系数法 q pa a n n +=+1(其中p ,q 均为常数, )0)1((≠-p pq ) 解法:构造新数列{}n b ; p a a n n =+++λ λ 1解出λ,可 得数列λ+=n n a b 为等比数列 例:已知数列{}n a 中,11=a ,121+=+n n a a ,求数列{}n a 的通项公式。 变式练习: 1. 已知数列{}n a 满足13a =,121n n a a +=- *()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 2.已知数列{}n a 中,11=a ,6431+=+n n a a ,求数列{}n a 的通项公式。 3.已知数列{}n a 的前n 项和为n S ,且 232n n S a n =-*()n N ∈.求数列{}n a 的通项公式。 类型六:交叉项问题 解法:一般采用求倒数或除以交叉项得到一个新 的等差数列。 例:已知数列{}n a 满足11a =, 122 n n n a a a +=+*()n N ∈,求数列{}n a 的通项公式。 变式练习: 1.已知数列{}n a 满足11a =, 1(1)n n na n a +=++(1)n n +, *()n N ∈,求数列{} n a 的通项公式。 2. 已知首项都为1的两个数列{}n a 、{}n b (0n b ≠*n N ∈),满足 11120n n n n n n a b a b b b +++-+=,令n n n a c b = 求数列{}n c 的通项公式。 类型七:(公式法2) (n n n p pa a ?+=+λ1)p>0; 解法:将其变形为p p a p a n n n n λ =-++11,即数列?? ????n n p a 为以 p λ 为公差的等差数列; 例. 已知数列{}n a 满足1232n n n a a +=+?,12a =,求数列{}n a 的通项公式。 变式练习: 1.已知数列{}n a 满足1155+++=n n n a a ,11=a ,求数列{}n a 的通项公式 2.已知数列{}n a 满足n n n a a 3431?+=+,11=a ,求数列{}n a 的通项公式。 数列求和的常用方法 类型一:公式法 例 .已知3 log 1log 23=x ,求32x x x ++???++???+n x 的前n 项和. 变式练习 1.数列}{n a 中,12+=n a n ,求n S . 2.等比数列}{n a 的前n 项和12-=n n S ,求 2 232221n a a a a ++++ . 类型二:分组求和法 例. 求数列的前n 项和: 2321 ,,721,421,1112-+???+++-n n ,… 变式练习 1.已知数列}{n a 中,n n n a 32+=,求n S . 2.已知数列}{n a 中,n n n a 21 )12(++=,求n S . 类型三:倒序相加法 例.求 88sin 3sin 2sin 1sin 2 222+???+++ 89sin 2 +的值. 1.已知x x f += 11 )(,求)3()2()1(f f f ++ 类型四:错位相减法: 例.数列}{n a 中,12)12(-?-n n n a ,求n S . 变式练习 1.求数列 ??????,2 2,,26,24,2232n n 前n 项的和. 2.数列}{n a 的前n 项和为2 2n S n =,}{n b 为等比数列, 且.)(,112211b a a b b a =-= (1)求数列}{n a 和}{n b 的通项公式; 利用逆推法解决递推数列策略 数列蕴含着丰富的数学思想,尤其是递推数列问题具有很强的逻辑性,是考查逻辑推理和化归能力的很好素材。近年来,递推数列问题成为高考命题的热点题型,这是因为递推数列问题能考查考生分析问题和解决问题的能力。 一、待定系数法 例1、已知数列}{n a 满足11=a ,且231+=+n n a a ,求.n a 解:设)(31t a t a n n +=++,则t a a n n 231+=+,所以t =1,)1(311+=++n n a a , 所以}1{1++n a 为等比数列,首项为2,所以1321-?=+n n a ,.1321-?=-n n a 点评:求递推式形如q pa a n n +=+1(p 、q 为常数且1≠p )的数列通项,可用迭代法或待定系数法得到一个新的等比数列}1 {-+p q a n 满足p p q a n =-++11)1(-+p q a n ,由等比数列的通项公式求得原数列的通项公式,也可用“归纳-猜想-证明”的方法来求,这也是近年高考考得较多的一种题型。 二、利用叠加或叠乘进行转化 例2、已知数列}{n a 满足211= a ,n n a a n n ++=+211,求.n a 解:由条件,知111)1(1121+-=+=+= -+n n n n n n a a n n , 所以21112-=-a a ,312123-=-a a ,413134-=-a a ,…,n n a a n n 1111--=--, 将这(n -1)个式子相加,得.111n a a n -=- 因为211=a ,所以.123n a n -= 例3、设}{n a 是首项为1的正项数列,且满足)(0)1(1221*++∈=?+-+N n a a na a n n n n n , 求通项公式.n a 解:因为)(0)1(1221*++∈=?+-+N n a a na a n n n n n , 所以0)]()1[(11=+-+++n n n n a a na a n ,因为0,01>>+n n a a ,所以01>++n n a a , 所以0)1(1=-++n n na a n ,即1 1+=+n n a a n n ,于是得n -1个等式: 2112=a a ,3223=a a ,4334=a a ,……,n n a a n n 11-=-,将这n -1个式子相乘, 并将11=a 代入,得.1n a n = 常见递推数列通项地九种求解方法 高考中地递推数列求通项问题,情境新颖别致,有广度,创新度和深度,是高考地热点之一.是一类考查思维能力地好题.要求考生进行严格地逻辑推理,找到数列地通项公式,为此介绍几种常见递推数列通项公式地求解方法. 类型一:<可以求和)累加法 例1、在数列中,已知=1,当时,有,求数列地通项公式. 解读: 上述个等式相加可得: ∴ 评注:一般情况下,累加法里只有n-1个等式相加. 【类型一专项练习题】 1、已知,<),求. 2、已知数列,=2,=+3+2,求. 3、已知数列满足,求数列地通项公式. 4、已知中,,求. 5、已知,,求数列通项公式. 6、已知数列满足求通项公式? 7、若数列地递推公式为,则求这个数列地通项公式 8、已知数列满足,求数列地通项公式. 9、已知数列满足,,求. 10、数列中,,<是常数,),且成公比不为地等比数列. 答案:1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.(1>2 (2> 11.(1>5 (2> 类型二: <可以求积)累积法 例1、在数列中,已知有,(>求数列地通项公式. 解读: 又也满足上式; 评注:一般情况下,累积法里地第一步都是一样地. 【类型二专项练习题】 1、已知,(>,求. 2、已知数列满足,,求. 3、已知中,,且,求数列地通项公式. 4、已知,,求. 5、已知,,求数列通项公式. 6、已知数列满足,求通项公式? 7、已知数列满足,求数列地通项公式. 8、已知数列{a n},满足a1=1, (n≥2>,则{a n}地通项 9、设{a n}是首项为1地正项数列, 且(n + 1>a- na+a n+1·a n = 0 (n = 1, 2, 3, …>,求它地通项公式. 10、数列地前n项和为,且,=,求数列地通项公式. 答案:1. 2. 3. 4. 5. 6. 数列通项公式的方法总结 专题一:求解通项公式 (1)观察法 例1:根据数列的前4项,写出它的一个通项公式: (1)9,99,999,9999,…(2) ,1716 4,1093,542,211 (3) ,5 2 ,21,32 ,1(4) ,5 4 ,43,32,21-- 解:(1)变形为:101-1,102―1,103―1,104―1,…… ∴通项公式为:110-=n n a (2);1 2 2 ++=n n n a n (3);12 += n a n (4)1 )1(1+? -=+n n a n n .点评:关键是找出各项与项数n 的关系。 (2) 定义法 :①等差数列通项公式;②等比数列通 项公式。 例2: 已知数列{a n }是公差为d 的等差数列,数列{b n }是公比为q 的(q ∈R 且q ≠1)的等比数列,若函数f (x ) = (x -1)2,且a 1 = f (d -1),a 3 = f (d +1),b 1 = f (q +1),b 3 = f (q -1),(1)求数列{ a n }和{ b n }的通项公式; 解:(1)∵a 1=f (d -1) = (d -2)2,a 3 = f (d +1)= d 2,∴a 3-a 1=d 2-(d -2)2=2d , ∴d =2,∴a n =a 1+(n -1)d = 2(n -1);又b 1= f (q +1)= q 2,b 3 =f (q -1)=(q -2)2, ∴2213)2(q q b b -==q 2,由q ∈R ,且q ≠1,得q =-2,∴b n =b ·q n -1=4·(-2)n - 1 (3) 公式法 :已知n S (即12 () n a a a f n ++ +=)求n a ,用作 差法:{1 1 ,(1) ,(2) n n n S n a S S n -==-≥。 例:3:(07重庆21题)已知各项均为正数的数列{n a } 的前n 项和为n S 满足1 S >1且6n S = (1)(2) n n a a ++ n ∈N * 求{n a }的通项公式。 数列专题1:根据递推关系求数列的通项公式 根据递推关系求数列的通项公式主要有如下几种类型一、 n S是数列{}n a的前n项的和 1 1 (1) (2) n n n S n a S S n - = ? =? -≥ ? 【方法】:“ 1 n n S S - -”代入消元消n a。 【注意】漏检验n的值(如1 n=的情况 【例1】.(1)已知正数数列{} n a的前n项的和为n S, 且对任意的正整数n满足1 n a =+,求数列{} n a的通项公式。 (2)数列{} n a中,1 1 a=对所有的正整数n都有 2 123n a a a a n ????= L,求数列{}n a的通项公式 【作业一】 1-1.数列{} n a满足 21* 123 333() 3 n n n a a a a n N - ++++=∈ L,求数列 {} n a的通项公式. (二).累加、累乘型如 1 () n n a a f n - -=, 1 () n n a f n a - = 导等差数列通项公式的方法) 【方法】 1()n n a a f n --=, 12(1)n n a a f n ---=-, ……, 21(2)a a f -=2n ≥, 从而1()(1)(2)n a a f n f n f -=+-++L ,检验1n =的情 况 ()f n =,用累乘法求通项公式(推导等比数列通项公式的方法) 【方法】2n ≥,12 121 ()(1)(2)n n n n a a a f n f n f a a a ---???=?-??L L 即1 ()(1)(2)n a f n f n f a =?-??L ,检验1n =的情 况 【小结】一般情况下,“累加法”(“累乘法”)里只有1n -个等式相加(相乘). 【例2】. (1) 已知21 1=a ,)2(1 1 21≥-+=-n n a a n n ,求 n a . (2)已知数列{}n a 满足1 2n n n a a n +=+,且3 21=a ,求n a . 求递推数列通项公式的十种策略例析 递推数列的题型多样,求递推数列的通项公式的方法也非常灵活,往往可以通过适当的策略将问题化归为等差数列或等比数列问题加以解决,亦可采用不完全归纳法的方法,由特殊情形推导出一般情形,进而用数学归纳法加以证明,因而求递推数列的通项公式问题成为了高考命题中颇受青睐的考查内容。笔者试给出求递推数列通项公式的十种方法策略,它们是:公式法、累加法、累乘法、待定系数法、对数变换法、迭代法、数学归纳法、换元法、不动点法、特征根的方法。仔细辨析递推关系式的特征,准确选择恰当的方法,是迅速求出通项公式的关键。 一、利用公式法求通项公式 例1 已知数列}a {n 满足n n 1n 23a 2a ?+=+,2a 1=,求数列}a {n 的通项公式。 解:n n 1n 23a 2a ?+=+两边除以1n 2+,得 23 2a 2a n n 1 n 1n + = ++,则232 a 2a n n 1n 1n =-++, 故数列}2a { n n 是以1222 a 1 1==为首,以23 为公差的等差数列,由等差数列的通项公式,得23) 1n (12a n n -+=,所以数列}a {n 的通项公式为n n 2)2 1 n 23(a -=。 评注:本题解题的关键是把递推关系式n n 1n 23a 2a ?+=+转化为 2 3 2a 2a n n 1 n 1n = -++,说明数列}2a {n n 是等差数列,再直接利用等差数列的通项公式求出23)1n (12 a n n -+=,进而求出数列}a {n 的通项公式。 二、利用累加法求通项公式 例2 已知数列}a {n 满足1a 1 n 2a a 1n 1n =++=+,,求数列}a {n 的通项公式。 解:由1n 2a a n 1n ++=+ 得1n 2a a n 1n +=-+ 则112232n 1n 1n n n a )a a ()a a ()a a ()a a (a +-+-++-+-=---Λ 高中数学几种常见的数列递推关系式 数列的递推关系是指数列中的前一项(前几项)与后一项的关系式。递推数列是数列中的重要内容,通过递推关系,观察,探求数列的规律,进而可求出整个数列的通项公式。通过递推关系的学习,可以培养学生的观察能力,归纳与转化能力,综合运用知识等能力,因此,是近几年高考与竞赛的热点。 下面针对几种高中常见的递推形式及处理方法做一总结。 一. 定义法 常见形式: 已知:a a a a d n n 11==++, ① 或a a a a q n n 110=≠=+, ② (其中,d 常数,q ≠0为常数) 定义法即高中所学的两大基本数列——等差数列与等比数列的基本定义式。 已知首项,与递推关系,数列的通项即知,在此不做赘述。但这两个基本数列的求通项公式的方法在后续学习中,在方法上起到了指导作用。即我们下面要介绍的方法。 二. 迭代法 常见形式:已知 a a a a f n n n 110=≠=++,() ③ 或a a a a f n f n n n 110=≠=+,,()()不恒为零 ④ (这里的f n ()是关于n 的关系式)。 这两个形式的递推关系式,虽然不是等差与等比数列,但表达方式上非常接近。我们可以利用迭代的方法来求出通项a n 也可以分别称为叠加法和叠乘法。 如:③a a f 211-=() a a f 322-=() …… a a f n n n N n n -=-≥∈-112()()*, 将以上n -1个式子叠加,可得 a a f f f n n n N n -=+++-≥∈11212()()()()*…, 这里,我们只须已知数列的首项a 1利用求和求出上述等式右端的和,即可求出数列 {}a n 的通项公式来。 如:④的具体例子: 例1. (2006年东北三省三校一模试题21)已知数列{}a n ,S n 是数列的前n 项和, a S n a n n 212 ==,。求S n 。 解:因为S n S S n n N n n n =-≥∈-2 21()()*, 所以n S n S n n 22 21-=- S S n n n n N n n -= -≥∈123()*, S S S S S S S S n n n n n n N n n n n 324312131425364132 3·…····… ·,---=---≥∈()* 数列解题技巧归纳总结 基础知识: 1.数列、项的概念:按一定 次序 排列的一列数,叫做 数列 ,其中的每一个数叫做数列的项 . 2.数列的项的性质:① 有序性 ;② 确定性 ;③ 可重复性 . 3.数列的表示:通常用字母加右下角标表示数列的项,其中右下角标表示项的位置序号,因此数列的一般形 式可以写成a 1,a 2,a 3,…,a n ,(…),简记作 {a n } .其中a n 是该数列的第 n 项,列表法、 图象法、 符号法、 列举法、 解析法、 公式法(通项公式、递推公式、求和公式)都是表示数列的方法. 4.数列的一般性质:①单调性 ;②周期性 . 5.数列的分类: ①按项的数量分: 有穷数列 、 无穷数列 ; ②按相邻项的大小关系分:递增数列 、递减数列 、常数列、摆动数列 、其他; ③按项的变化规律分:等差数列、等比数列、其他; ④按项的变化范围分:有界数列、无界数列. 6.数列的通项公式:如果数列{a n }的第n 项a n 与它的序号n 之间的函数关系可以用一个公式a n =f (n )(n ∈N + 或其有限子集{1,2,3,…,n}) 来表示,那么这个公式叫做这个数列的 通项公式 .数列的项是指数列中一个确定的数,是函数值,而序号是指数列中项的位置,是自变量的值.由通项公式可知数列的图象是 散点图 ,点的横坐标是 项的序号值 ,纵坐标是 各项的值 .不是所有的数列都有通项公式,数列的通项公式在形式上未必唯一. 7.数列的递推公式:如果已知数列{a n }的第一项(或前几项),且任一项a n 与它的前一项a n -1(或前几项a n-1, a n -2,…)间关系可以用一个公式 a n =f (a 1n -)(n =2,3,…) (或 a n =f (a 1n -,a 2n -)(n=3,4,5,…),…) 来表示,那么这个公式叫做这个数列的 递推公式 . 8.数列的求和公式:设S n 表示数列{a n }和前n 项和,即S n = 1 n i i a =∑=a 1 +a 2 +…+a n ,如果S n 与项数n 之间的函数 关系可以用一个公式 S n = f (n )(n =1,2,3,…) 来表示,那么这个公式叫做这个数列的 求和公式 . 9.通项公式与求和公式的关系: 通项公式a n 与求和公式S n 的关系可表示为:11(1) (n 2) n n n S n a S S -=?=? -≥? 等差数列与等比数列: 等差数列 等比数列 文字定义 一般地,如果一个数列从第二项起,每一项与它的前一项的差是同一个常数,那么这个数列就叫等差数列,这个常数叫等差数列的公差。 一般地,如果一个数列从第二项起,每一项与它的前一项的比是同一个常数,那么这个数列就叫等比数列,这个常数叫等比数列的公比。 符号定义 1n n a a d +-= 1 (0)n n a q q a +=≠ 分类 递增数列:0d > 递减数列:0d < 递增数列:1101001a q a q >><<<,或, 几类递推数列通项公式的常见类型及解法 递推数列问题成为高考命题的热点题型,对于由递推式所确定的数列通项公式问题,通常可对递推式的变形转化为等差数列或等比数列.下面将以常见的几种递推数列入手,谈谈此类数列的通项公式的求法. 一、a a d n n +=+1型 (d 为常数) 形如)(1n f a a n n +=+的递推数列求通项公式,将此类数列变形得a a d n n +-=1,再由 等差数列的通项公式()a a n d n =+-11可求得a n . 例1 已知数列{}a n 中()a a a n N n n 1123==+∈+,,求n a 的通项公式. 解:∵a a n n +=+13 ∴a a n n +-=13 ∴ {}a n 是以a 12=为首项,3为公差的等差数列. ∴()a n n n =+-=-21331为所求的通项公式. 二、)(1n f a a n n +=+型 形如)(1n f a a n n +=+的递推数列求通项公式,可用差分法. 例2 已知数列{}a n 中满足a 1=1,n a a n n -=+1,求n a 的通项公式. 解:作差n a a n n -=-+1,则 2a -1a = -1,3a -2a = -2,4a -3a = -3,……,)1(1--=--n a a n n , 将上面n -1个等式相加得 +-+-+-=-)3()2()1(1a a n ……+[)1(--n ] ∴ n a =2 2 2++-n n 为所求的通项公式. 三、n n a q a ?=+1型 形如n n a q a ?=+1的递推数列求通项公式,将此类数列变形得 q a a n n =+1 ,再由等比数列的通项公式11-?=n n q a a 可求得a n . 例3 已知数列{}a n 中满足a 1=1,n n a a 21=+,求n a 的通项公式. 解:∵n n a a 21=+ ∴ 21 =+n n a a 数列的递推公式教案 普兰店市第六中学陈娜 一、教学目标 1、知识与技能:了解数列递推公式定义,能根据数列递推公式求项,通过数列递推公式求数列的通项公式。 2、过程与方法:通过实例“观察、分析、类比、试验、归纳”得出递推公式概念,体会数列递推公式与通项公式的不同,探索研究过程中培养学生的观察归纳、猜想等能力。 3、情感态度与价值观:培养学生积极参与,大胆探索精神,体验探究乐趣,感受成功快乐,增强学习数学的兴趣,培养学生一切从实际出发,认识并感受数学的应用价值。 二、教学重点、难点和关键点 重点:数列的递推定义以及应用数列的递推公式求出通项公式。 难点:数列的递推公式求通项公式。 关键:同本节难点。 三、教学方法 通过创设问题的情境,在熟悉与未知的认知冲突中激发学生的探索欲望;引导学生通过自主探究和合作交流相结合的方式进行研究;引导学生积极思考,运用观察、试验、联想、类比、归纳、猜想等方法不断地提出问题、解决问题,再提出问题,解决问题……经历知识的发生和发展过程,并注意总结规律和知识的巩固与深化。 四、教学过程 环节1:新课引入 一老汉为感激梁山好汉除暴安良,带了些千里马要送给梁山好汉,见过宋江以后,宋江吧老汉带来的马匹的一半和另外一匹马作为回礼送给了他,老汉又去见卢俊义,把 现有的马匹全送给了他,卢俊义也把老汉送来的马匹的一半和另外一匹马作为回礼送给了老汉……… 一直送到108名好汉的最后一名段景住都是这样的,老汉下山回家时还剩下两匹马,问老汉上山时一共带了多少匹千里马? 通过这个小故事让学生感受到数学来源于生活同时又为生活所服务。同时也能引起学生的兴趣和好奇心。 环节2:引例探究 (1)1 2 4 8 16……… (2) 1 ()1cos ()1cos cos ()]1cos cos[cos ……. (3)0 1 4 7 10 13 ……. 通过设置问题的情境,让学生分析找出这些数列从第二项(或后几项)后一项与前一项的关系,从而引出数列的递推公式的定义,便于学生对于数列递推公式的理解、记忆和应用。 递推公式定义: 如果已知数列的第1项(或前几项),且从第二项(或某一项)开始的任意一项a n 与它的前一项a n-1(或前几项)间的关系可以用一个公式来表示,那么这个公式就叫做这个数列的递推公式。递推公式是数列一种的表示法,它包含两个部分,一是递推关系,一是初始条件,二者缺一不可. 环节3:应用举例及练习 例1:已知数列{a n }的第1项是1,以后的各项由公式 (n ≥2)给出,写出这个给出,写出这个数列的前5项. 解:据题意可知:a 1=1, 1 11n n a a -=+2111112,1a a =+=+=3211311,22a a =+=+=4312511,33a a =+=+=5413811.55a a =+ =+= .. . 常见递推数列通项公式的求法典型例题及习题 【典型例题】 [例1] b ka a n n +=+1型。 (1)1=k 时,}{1n n n a b a a ?=-+是等差数列,)(1b a n b a n -+?= (2)1≠k 时,设)(1m a k m a n n +=++ ∴ m km ka a n n -+=+1 比较系数:b m km =- ∴ 1-= k b m ∴ }1{-+ k b a n 是等比数列,公比为k ,首项为11-+k b a ∴ 11)1(1-?-+=-+ n n k k b a k b a ∴ 1)1(11--?-+=-k b k k b a a n n [例2] )(1n f ka a n n +=+型。 (1)1=k 时,)(1n f a a n n =-+,若)(n f 可求和,则可用累加消项的方法。 例:已知}{n a 满足11=a ,)1(1 1+= -+n n a a n n 求}{n a 的通项公式。 解: ∵ 11 1)1(11+- =+= -+n n n n a a n n ∴ n n a a n n 1111--= -- 112121---=---n n a a n n 21 3132-- -= ---n n a a n n …… .. . 312123-= -a a 21112-=-a a 对这(1-n )个式子求和得: n a a n 111- =- ∴ n a n 1 2- = (2)1≠k 时,当b an n f +=)(则可设)()1(1B An a k B n A a n n ++=++++ ∴ A B k An k ka a n n --+-+=+)1()1(1 ∴ ???=--=-b A B k a A k )1()1( 解得: 1-= k a A ,2)1(1-+-=k a k b B ∴ }{B An a n ++是以B A a ++1为首项,k 为公比的等比数列 ∴ 1 1)(-?++=++n n k B A a B An a ∴ B An k B A a a n n --?++=-1 1)( 将A 、B 代入即可 (3)n q n f =)((≠q 0,1) 等式两边同时除以1 +n q 得q q a q k q a n n n n 1 11+?=++ 令 n n n q a C = 则q C q k C n n 1 1+ =+ ∴ }{n C 可归为b ka a n n +=+1型 [例3] n n a n f a ?=+)(1型。 (1)若)(n f 是常数时,可归为等比数列。 (2)若)(n f 可求积,可用累积约项的方法化简求通项。 例:已知: 311= a ,1121 2-+-=n n a n n a (2≥n )求数列}{n a 的通项。 解:123537532521232121212233 2211+= ?--?--?+-=???-----n n n n n n n a a a a a a a a a a n n n n n n 叠加、 叠乘、迭代递推、代数转化 ——几类常见递推数列的教学随笔 已知数列的递推关系式求数列的通项公式的方法大约分为两类:一类是根据前几项的特点归纳猜想出a n 的表达式,然后用数学归纳法证明;另一类是将已知递推关系,用代数法、迭代法、换元法,或是转化为基本数列(等差或等比)的方法求通项.第一类方法要求学生有一定的观察能力以及足够的结构经验,才能顺利完成,对学生要求高.第二类方法有一定的规律性,只需遵循其特有规律方可顺利求解.在教学中,我针对一些数列特有的规律总结了一些求递推数列的通项公式的解题方法. 一、叠加相消. 类型一:形如a 1+n =a n + f (n ), 其中f (n ) 为关于n 的多项式或指数形式(a n )或可裂项成差的分式形式.——可移项后叠加相消. 例1:已知数列{a n },a 1=0,n ∈N +,a 1+n =a n +(2n -1),求通项公式a n . 解:∵a 1+n =a n +(2n -1) ∴a 1+n =a n +(2n -1) ∴a 2-a 1 =1 、a 3-a 2=3 、…… a n -a 1-n =2n -3 ∴a n = a 1+(a 2-a 1)+(a 3-a 2)+…+(a n -a 1-n )=0+1+3+5+…+(2n -3) = 2 1 [1+(2n -3)]( n -1)=( n -1)2 n ∈N + 练习1:⑴.已知数列{a n },a 1=1, n ∈N +,a 1+n =a n +3 n , 求通项公式a n . ⑵.已知数列{a n }满足a 1=3,)1(2 1 +=-+n n a a n n ,n ∈N +,求a n . 二、叠乘相约. 类型二:形如)(1n f a a n n =+.其中f (n ) =p p c mn b mn )()(++ (p ≠0,m ≠0,b –c = km ,k ∈Z )或 n n a a 1+=kn (k ≠0)或n n a a 1+= km n ( k ≠ 0, 0<m 且m ≠ 1). 例2:已知数列{a n }, a 1=1,a n >0,( n +1) a 1+n 2 -n a n 2+a 1+n a n =0,求a n . 解:∵( n +1) a 1+n 2 -n a n 2+a 1+n a n =0 ∴ [(n +1) a 1+n -na n ](a 1+n +a n )= 0 ∵ a n >0 ∴ a 1+n +a n >0 ∴ (n +1) a 1+n -na n =0 ∴1 1+=+n n a a n n ∴n n n n n n n a a a a a a a a a a n n n n n n n 112 12 31 2111 23 22 11 =???--?--?-=?????=----- 练习2:⑴已知数列{a n }满足S n = 2 n a n ( n ∈N * ), S n 是{ a n }的前n 项和,a 2=1,求a n . 数列的递推公式练习 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 课时作业5数列的递推公式(选学) 时间:45分钟满分:100分 课堂训练 1.在数列{a n}中,a1=,a n=(-1)n·2a n-1(n≥2),则a5=() A.- C.- 【答案】 B 【解析】由a n=(-1)n·2a n-1知a2=,a3=-2a2=-,a4=2a3=-,a5=-2a4=. 2.某数列第一项为1,并且对所有n≥2,n∈N,数列的前n项之积为 n2,则这个数列的通项公式是() A.a n=2n-1 B.a n=n2 C.a n=D.a n= 【答案】 C 【解析】∵a1·a2·a3·…·a n=n2,a1·a2·a3·…·a n-1=(n-1)2,∴两式相除,得a n=. 3.已知数列{a n}满足:a4n-3=1,a4n-1=0,a2n=a n,n∈N+,则a2009= ________,a2014=________. 【答案】10 【解析】考查数列的通项公式. ∵2009=4×503-3,∴a2009=1, ∵2014=2×1007,∴a2014=a1007, 又1007=4×252-1,∴a1007=a4×252-1=0. 4.已知数列{a n},a1=0,a n+1=,写出数列的前4项,并归纳出该数列的通项公式. 【解析】a1=0,a2==,a3===,a4===. 直接观察可以发现,把a3=写成a3=, 这样可知a n=(n≥2,n∈N+). 当n=1时,=0=a1, 所以a n=(n∈N+). 课后作业 一、选择题(每小题5分,共40分) 1.已知数列{a n}满足:a1=-,a n=1-(n≥2),则a4=() C.- 【答案】 C 【解析】∵a1=-,a n=1-(n≥2), ∴a2=1-=1-=5, a3=1-=1-=, a4=1-=1-=1-=-. 2.数列{a n}满足a1=,a n=-(n≥2,n∈N+),则a2013=() B.- C.3 D.-3 【答案】 A数列知识点及常用解题方法归纳总结
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