用构造法求数列的通项公式上海外国语大学嘉定外国语实验学校 徐红洁在高中数学教材中,有很多已知等差数列的首项、公比或公差(或者通过计算可以求出数列的首项,公比),来求数列的通项公式。
但实际上有些数列并不是等差、等比数列,给出数列的首项和递推公式,要求出数列的通项公式。
而这些题目往往可以用构造法,根据递推公式构造出一个新数列,从而间接地求出原数列的通项公式。
对于不同的递推公式,我们当然可以采用不同的方法构造不同的类型的新数列。
下面给出几种我们常见的构造新数列的方法:一.利用倒数关系构造数列。
例如:中,若求a n }{n a 数列),(411,211N n a a a nn ∈+==++4,n n nn b b a b ==+1,1则设即=4,n n b b -+1}是等差数列。
n b {∴可以通过等差数列的通项公式求出,然再求后数列{ a n }的通项。
n b 练习:1)数列{ a n }中,a n ≠0,且满足求a n),(,311,2111N n a a a nn ∈+==+2)数列{ a n }中,求a n 通项公式。
,22,111+==+n nn a a a a 3)数列{ a n }中,求a n .),,2(02,0,1111N n n a a a a a a n n n n n ∈≥=-⋅+≠=--且二.构造形如的数列。
2n n a b =例:正数数列{ a n }中,若n n n a N n a a a 求),(4,52211∈-==+ 解:设4,4,112-=--==++n n n n n n b b b b a b 即则),71(,429429429)4()1(25254}{2211N n n n a na n nb a b b n n n n ∈≤≤-=∴-=-=-⋅-+=∴==-即,是等差数列,公差是数列练习:已知正数数列{ a n }中,,),2(2,211N n n a a a n n ∈≥==-求数列{ a n }的通项公式。
三.构造形如的数列。
n n a b lg =例:正数数列{ a n }中,若a 1=10,且求a n .),,2(,lg 21lg 1N n n a a n n ∈≥=-解:由题意得:,n n n n a b a a lg 21lg lg 1=∴=-可设,即,211=-n n b b110lg 211==∴b b n ,是等比数列,公比为. )(,)21(21(111N n b n n n ∈=⋅=∴--即1)21(110,)21(lg -=∴=-n n n n a a 练习:(选自2002年高考上海卷)数列{ a n }中,若a 1=3,,n 是正整数,求数列{ a n }的通项公式。
21n n a a =+四.构造形如的数列。
m a b n n +=例:数列{ a n }中,若a 1=6,a n+1=2a n +1, 求数列{ a n }的通项公式。
解:a n+1+1=2a n +2, 即a n+1+1=2(a n +1)设 b n = a n +1, 则b n = 2 b n-1则数列{ b n }是等比数列,公比是2,首项b 1= a 1+1=7,11271,27--⋅=+⋅=∴n n n n a b 即,1271-⋅=∴-n n a )(N n ∈构造此种数列,往往它的递推公式形如:。
的形式和2)1(,1+=+≠+⋅=+n a S c d a c a n n n n 如:a n+1=c a n +d,设可化成a n+1+x=c(a n +x),a n+1=c a n +(c-1)x用待定系数法得: (c-1)x =d∴ x=.1-c d又如:Sn +a n =n+2, 则 Sn-1+a n-1=n+1,二式相减得:Sn -Sn-1 +a n -a n-1 =1,即a n +a n -a n-1 =1,∴ 2 a n -a n-1=1,a n =a n-1+.2121如上提到b n = a n + d = a n –111-c 练习:1.数列{ a n }满足a n+1=3a n +2, 求a n2.数列{ a n }满足Sn +a n =2n+1,求a n 五.构造形如的数列。
n n n a a b -=+1例:数列{ a n }中,若a 1=1,a 2=3,a n+2 + 4 a n+1 - 5a n =0 (n N),求a n 。
∈解: a n+2 + 4 a n+1 - 5a n =0得: a n+2 - a n+1 = - 5(a n +1 - a n ) 设b n = a n +1 -a n ,则数列{ b n }是等比数列,公比是-5,首项b 1= a 2- a 1=2,∴a n +1 -a n =2•(-5)n-1即a 2 -a 1=2•(-5)a 3 -a 2=2•(-5)2a 4 -a 3=2•(-5)3┄a n -a n -1=2•(-5)n-2以上各式相加得:a n -a 1=2•[(-5)+(-5)2+(-5)3+┄+(-5)n-1]即:a n -a 1=2•)5(1511-----n )(,即,(n 3)5(111---+=∴n n a 3)5(41---=n n a )N ∈当递推公式中,a n +1与a n 的系数相同时,我们可构造b n = a n +1 -a n ,然后用叠加法得:b 1+b 2+b 3+b 4+┄+b n = a n -a 1通过求出数列{b n }前n-1项和的方法,求出数列{ a n }的通项公式。
1)当递推公式中形如:a n+1=a n +an+b ; a n+1=a n +q n (q ≠1) ; a n+1=a n +q n +an+b 等情形时,可以构造b n = a n +1-a n ,得: b n = an+b ; b n = q n ; b n =q n +an+b 。
求出数列前n-1项的和T n-1,T n-1=; b n nn a )1(2)1(-+-T n-1=;qq q n ---1)1(1T n-1=+q q q n ---1)1(1b n nn a )1(2)1(-+-即:a n -a 1=; b n nn a )1(2)1(-+-a n -a 1=;q q q n ---1)1(1 a n -a 1=+b n nn a )1(2)1(-+-q q q n ---1)1(1从而求出a n =a 1+; b n nn a )1(2)1(-+-a n = a 1+;qq q n ---1)1(1a n =a 1++。
b n nn a )1(2)1(-+-q q q n ---1)1(12)当递推公式中形如:a n+1=a n +;a n+1=a n +;a n+1=a n +等情形)1(1+n n )12(121+-n n )(11++n n 可以构造b n = a n +1-a n ,得::b n =;b n =;b n =)1(1+n n )12(121+-n n )(11++n n 即b n =;b n =;b n =111+-n n 121121(21+--n n n n -+1从而求出求出数列前n-1项的和T n-1,T n-1=;T n-1=;T n-1=n 11-1211(21--n 1-n即:a n -a 1=; n11-a n -a 1=;)1211(21--n a n -a 1=1-n 从而求出 a n =a 1+;n 11-a n = a 1+;1211(21--n a n =a 1+1-n 练习:1)数列{ a n }中,若a 1=1,a n+1-a n =2n, 求通项a n.2)数列{ a n }中,若a 1=1,a n+1-a n =2n , 求通项a n.3) 数列{ a n }中,若a 1=2,,求通项a n.n a a n n n -+=+21六.构造形如的形式。
nn n a a b 1+=例:数列{ a n }中,若a 1=1,,求a n.n n na a n =++1)1(解:由得:n n na a n =++1)1(11+=+n na a n n ∴, , ,…2112=a a 3223=a a 4334=a a nn a a n n 11-=-用累乘法把以上各式相乘得:na a n 11=∴。
na n 1=当递推公式形如:;;等形式,n n n a q a =+n n na a n =++1)1(n n a n na )1(1+=+我们可以构造。
nn n a a b 1+=可得:;;.n n q b =1+=n n b n n n b n 1+=然后用叠乘法得:。
11321a ab b b b n n =- 令数列{b n }的前n-1项的积为A n-1,则;;2)1(1--=n n n q A n A n 11=-nA n 11=-从而得到:;;=1a a n 2)1(-n n q =1a a n n 1=1a a n n1 ;;。
1a a n =2)1(-n n qn a a n 11⋅=na a n 11⋅=练习:1)数列{ a n }中,若a 1=2,,求a n.n n n a a 2=+七.构造形如的形式。
n n n ma a b -=+1例:数列{ a n }中,a 1=2,S n =4a n-1+1,求a n.解:S n=4a n-1+1,S n-1=4a n-2+1二式相减:S n-S n-1=4a n-1-4a n-2a n =4a n-1-4a n-2a n -2a n-1=2(a n-1-a n-2)设b n=a n+1-2a n,当递推公式形如S n+1=4a n+2;a n+2=pa n+1+qa n(p+q=1) 等形式时,因a n-2a n+1=2(a n+1-2a n);a n+2-a n+1=(p-1)(a n+1-a n),我们构造b n=a n+1-2a n; b n=a n+1-a n,由等比数列知识得b n=(a2-a1)·2n-1; b n=(a2-a1)·(p-1)n-1从而得到a n+1=2a n+(a2-a1)2n-1;a n+1=a n(a2-a1)(1-q)n-1由类型四求出a n。
总之,对于很多数列,我们都可以由递推公式构造新数列的方法求出他们的通项公式。
当然,在教学中我们应当充分调动学生的积极性,努力培养学生的创造能力,让学生自己去构造,自己去探索,使学生亲尝到成功乐趣,激起他们强烈的求知欲和创造欲。