用待定系数法求an=Aan-1+B型数列通项例:数列{an}满足a1=1且an+1+2an=1,求其通项公式。
解:由已知,an+1+2an=1,即an=-2 an—1+1令an+x=-2(an-1+x),则an=-2 an-1-3x,于是-3x=1,故x=-13∴an-13 =-2(an-1-13 )故{ an-13 }是公比q为-2,首项为an-13 =23 的等比数列∴an-13 =23 (-2)n-1=1-(-2)n3评注:一般地,当A≠1时令an+x=A(an-1+x)有an=A an-1+(A-1)x,则有(A-1)x=B知x=BA-1 ,从而an+BA-1 =A(an-1+BA-1 ),于是数列{an+BA-1 }是首项为a1+BA -1 、公比为A的等比数列,故an+BA-1 =(a1+BA-1 )An-1,从而an=(a1+BA-1 )An-1-BA-1 ;特别地,当A=0时{an}为等差数列;当A≠0,B=0时,数列{an}为等比数列。
推广:对于an=A an-1+f(n)(A≠0且A∈R)型数列通项公式也可以用待定系数法求通项公式。
例:数列{an}满足a1=1且an=2an-1+13n(n≥2),求an。
解:令an+x•13n=2(an+x•13n-1)则an=2an-1+ 2x•13n-1-x•13n=53 x•13n-1=5x•13n而由已知an=2an-1+13n故5x=1,则x=15 。
故an+15 •13n=2(an-1+15 •13n-1)从而{an+15 •13n}是公比为q=2、首项为a1+15 •13=1615 的等比数列。
于是an+15 •13n=1615 ×2n-1,则an=1615 ×2n-1-15 •13n=115 (2n+3-13n-1)评注:一般情况,对条件an=Aan-1+f(n)而言,可设an+g(n)=A[an-1+g(n-1)],则有Ag(n -1)-g(n)=f(n),从而只要求出函数g(n)就可使数列{ an+g(n)}为等比数列,再利用等比数列通项公式求出an。
值得注意的是an+g(n)与an-1+g(n-1)中的对应关系。
特别地,当f(n)=B(B 为常数)时,就是前面叙述的例8型。
这种做法能否进一步推广呢?对于an=f(n)an-1+g(n)型数列可否用待定系数法求通项公式呢?我们姑且类比做点尝试:令an+k(n)=f(n)[an-1+k(n-1)],展开得到an =f(n)an-1+f(n)k(n-1)-k(n),从而f(n)k(n-1)-k(n)= g(n),理论上讲,通过这个等式k(n)可以确定出来,但实际操作上,k(n)未必能轻易确定出来,请看下题:数列{an}满足a1=1且an=n2nan-1+1n+1 ,求其通项公式。
在这种做法下得到n2nk(n-1)-k(n)=1n+1 ,显然,目前我们用高中数学知识还无法轻易地求出k (n)来。
通过Sn求an例10:数列{an}满足an =5Sn-3,求an。
解:令n=1,有a1=5an-3,∴a1=34 。
由于an =5Sn-3………①则an-1 =5 Sn-1-3………②①-②得到an-an-1=5(Sn-Sn-1)∴an-an-1 =5an故an=-14 an-1,则{an}是公比为q=-14 、首项an=34 的等比数列,则an=34 (-14 )n-1评注:递推关系中含有Sn,通常是用Sn和an的关系an=Sn-Sn-1(n≥2)来求通项公式,具体来说有两类:一是通过an=Sn-Sn-1将递推关系揭示的前n项和与通项的关系转化为项与项的关系,再根据新的递推关系求出通项公式;二是通过an=Sn-Sn-1将递推关系揭示的前n项和与通项的关系转化为前n 项和与前n-1项和的关系,再根据新的递推关系求出通项公式1 观察法2 逐减法对an-a(n-1)=f(n)型3 累商法对a(n+1)/a(n)=f(n)型4 迭代法5 待定系数法6 对数转换法7 倒数转换法8 公式法有一个相当复杂的公式基本不会用到9 a(n+1)=pan+q型设a(n+1)-m=p(an-m)a(n+1)=pan+m-pmm-pm=q 就能求出mx=px+q叫特征方程10 a(n+1)=pan+f(n)型a(n+1)/[p^(n+1)]=an/p^n+f(n)/[p^(n+1)]设bn=an/p^nb(n+1)=bn+ f(n)/[p^(n+1)]11 a(n+2)=pa(n+1)+qn 型an=pa(n-1)+qa(n-2)设an-ma(n-1)=k[a(n-1)-ma(n-2)]an=(m+k)a(n-1)-kma(n-2)m,k是x^2-px+q=0两根x^2-px+q=0是特征方程求数列通项公式方法灵活多样,特别是对于给定的递推关系求通项公式,观察、分析、推理能力要求较高。
通常可对递推式变换,转化成特殊数列(等差或等比数列)来求解,这种方法体现了数学中化未知为已知的化归思想,而运用待定系数法变换递推式中的常数就是一种重要的转化方法。
1、通过分解常数,可转化为特殊数列{a n +k }的形式求解例1、数列{a n }满足a 1=1,a n =21a 1-n +1(n ≥2),求数列{a n }的通项公式。
解:由a n =21a 1-n +1(n ≥2)得a n -2=21(a 1-n -2),而a 1-2=1-2=-1, ∴数列{ a n -2}是以21为公比,-1为首项的等比数列 ∴a n -2=-(21)1-n ∴a n =2-(21)1-n 说明:这个题目通过对常数1的分解,进行适当组合,可得等比数列{ a n -2},从而达到解决问题的目的。
一般地,形如a 1+n =p a n +q (p ≠1,pq ≠0)型的递推式均可通过待定系数法对常数q 分解:设a 1+n +k=p (a n +k )与原式比较系数可得pk -k =q ,即k=1-p q ,从而得等比数列{a n +k }。
例2、数列{a n }满足a 1=1,0731=-++n n a a ,求数列{a n }的通项公式。
解:由0731=-++n n a a 得37311+-=+n n a a 设a )(311k a k n n +-=++,比较系数得373=--k k 解得47-=k ∴{47-n a }是以31-为公比,以43471471-=-=-a 为首项的等比数列 ∴1)31(4347--⨯-=-n n a ∴1)31(4347--⨯-=n n a 2、通过分解系数,可转化为特殊数列}{1--n n a a 的形式求解例3、数列{a n }满足23,5,21221+-==++n n a a a a n a =0,求数列{a n }的通项公式。
分析:递推式02312=+-++n n n a a a 中含相邻三项,因而考虑每相邻两项的组合,即把中间一项1+n a 的系数分解成1和2,适当组合,可发现一个等比数列}{1--n n a a 。
解:由02312=+-++n n n a a a 得0)(2112=---+++n n n n a a a a即)n n n n a a a a -=-+++112(2,且32512=-=-a a∴}{1n n a a -+是以2为公比,3为首项的等比数列∴1123-+⋅=-n n n a a利用逐差法可得112111)()()(a a a a a a a a n n n n n +-++-+-=-++=2232323021+⋅++⋅+⋅-- n n=2)1222(321+++++⋅-- n n =221213+--⋅n=123-⋅n∴1231-⨯=-n n a说明:这种方法适用于n n n qa pa a +=++12型的递推式,通过对系数p 的分解,可得等比数列}{1--n n a a :设)(112n n n n ka a h ka a -=-+++,比较系数得q hk p k h =-=+,,可解得k h ,。
例4、数列{a n }中,n n n a a a a a +===++122123,2,1,求数列{a n }的通项公式。
解:由n n n a a a +=++1223得,313212n n n a a a +=++设)(112n n n n ka a h ka a -=-+++ 比较系数得3132=-=+kh h k ,,解得31,1-==h k 或1,31=-=h k 若取31,1-==h k ,则有)(31112n n n n a a a a --=-+++ ∴}{1n n a a -+是以31-为公比,以11212=-=-a a 为首项的等比数列 ∴11)31(-+-=-n n n a a 由逐差法可得112211)()()(a a a a a a a a n n n n n +-++-+-=--- =11)31()31()31()31(232++-+-++-+--- n n=1311)31(11++---n =11)31(43471)31(143---⨯-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--n n 说明:若本题中取1,31=-=h k ,则有n n n n a a a a 3131112+=++++即得 }31{1n n a a ++为常数列,故373123131311211=+=+==+=+-+a a a a a a n n n n 可转2。
高中数学解题基本方法——待定系数法要确定变量间的函数关系,设出某些未知系数,然后根据所给条件来确定这些未知系数的方法叫待定系数法,其理论依据是多项式恒等,也就是利用了多项式f(x)≡g(x)的充要条件是:对于一个任意的a 值,都有f(a)≡g(a);或者两个多项式各同类项的系数对应相等。
待定系数法解题的关键是依据已知,正确列出等式或方程。
使用待定系数法,就是把具有某种确定形式的数学问题,通过引入一些待定的系数,转化为方程组来解决,要判断一个问题是否用待定系数法求解,主要是看所求解的数学问题是否具有某种确定的数学表达式,如果具有,就可以用待定系数法求解。
例如分解因式、拆分分式、数列求和、求函数式、求复数、解析几何中求曲线方程等,这些问题都具有确定的数学表达形式,所以都可以用待定系数法求解。
使用待定系数法,它解题的基本步骤是:第一步,确定所求问题含有待定系数的解析式;第二步,根据恒等的条件,列出一组含待定系数的方程;第三步,解方程组或者消去待定系数,从而使问题得到解决。
如何列出一组含待定系数的方程,主要从以下几方面着手分析:① 利用对应系数相等列方程;② 由恒等的概念用数值代入法列方程;③ 利用定义本身的属性列方程;④ 利用几何条件列方程。