用构造法求数列的通项公式在高中数学教材中,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:}{n a 数列中,若),(411,211N n a a a nn ∈+==+求a nn n nn b b a b ==+1,1则设+4, 即n n b b -+1=4,n b {∴}是等差数列。
可以通过等差数列的通项公式求出n b ,然再求后数列{ a n }的通项。
练习:1)数列{ a n }中,a n ≠0,且满足),(,311,2111N n a a a nn ∈+==+求a n 2)数列{ a n }中,,22,111+==+n nn a a a a 求a n 通项公式。
3)数列{ a n }中,),,2(02,0,1111N n n a a a a a a n n n n n ∈≥=-⋅+≠=--且求a n . 二.构造形如2n n a b =的数列。
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n n a b lg =的数列。
例:正数数列{ a n }中,若a 1=10,且),,2(,lg 21lg 1N n n a a n n ∈≥=-求a 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 b 110lg 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=3,21n n a a =+,n 是正整数,求数列{ a n }的通项公式。
四.构造形如m a b n n +=的数列。
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 =21a n-1+21.如上提到b n = a n +11-c d = a n –1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n n n a a b -=+1的数列。
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)2 a 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 )(3)5(111---+=∴n n a ,即3)5(41---=n n a ,(n )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(1;T n-1=q q q n ---1)1(1+b n n n a )1(2)1(-+-即: a n -a 1=b n nn a )1(2)1(-+-; a n -a 1=qq 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(1;a n =a 1+b n nn a )1(2)1(-+-+q q q n ---1)1(1。
2)当递推公式中形如:a n+1=a n +)1(1+n n ;a n+1=a n +)12(121+-n n )(;a n+1=a n +11++n n 等情形可以构造b n = a n +1-a n ,得::b n =)1(1+n n ;b n =)12(121+-n n )(;b n =11++n n即b n =111+-n n ;b n =)121121(21+--n n ;b n =n n -+1从而求出求出数列前n-1项的和T n-1,T n-1=n 11-;T n-1=)1211(21--n ;T n-1=1-n 即: a n -a 1=n 11-;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,n a a n n n -+=+21,求通项a n.六.构造形如nn n a a b 1+=的形式。
例:数列{ a n }中,若a 1=1,n n na a n =++1)1(,求a n. 解:由n n na a n =++1)1(得: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:n n n a q a =+;n n na a n =++1)1(;n n a n na )1(1+=+等形式,我们可以构造nn n a a b 1+=。
可得: n n q b =;1+=n n b n ;nn b n 1+=. 然后用叠乘法得:11321a a b b b b nn =-Λ。
令数列{b n }的前n-1项的积为A n-1,则 2)1(1--=n n n qA ;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 q ;n a a n 11⋅=;na a n 11⋅=。
练习:1)数列{ a n }中,若a 1=2,n n n a a 2=+,求a n. 七.构造形如n n n ma ab -=+1的形式。
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 =(a 2-a 1)·2n-1; b n =(a 2-a 1)·(p -1)n-1 从而得到a n+1=2a n +(a 2-a 1)2n-1;a n+1=a n (a 2-a 1)(1-q)n-1 由类型四求出a n 。