递归数列通项公式的求法确定数列的通项公式,对于研究数列的性质起着至关重要的作用。
求递归数列的通项公式是解决数学竞赛中有关数列问题的关键,本文着重对递归数列通项公式加以研究。
基础知识定义:对于任意的*N n ∈,由递推关系),,,(21k n n n n a a a f a ---= 确定的关系称为k 阶递归关系或称为k 阶递归方程,由k 阶递归关系及给定的前k 项k a a a ,,,21 的值(称为初始值)所确定的数列称为k 阶递归数列。
若f 是线性的,则称为线性递归数列,否则称为非线性递归数列,在数学竞赛中的数列问题常常是非线性递归数列问题。
求递归数列的常用方法: 一.公式法(1)设}{n a 是等差数列,首项为1a ,公差为d ,则其通项为d m n a a m n )(-+=; (2)设}{n a 是等比数列,首项为1a ,公比为q ,则其通项为mn m n q a a -=;(3)已知数列的前n 项和为n S ,则)2()1(11≥=⎩⎨⎧-=-n n S S S a n n n 。
二.迭代法迭代恒等式:112211)()()(a a a a a a a a n n n n n +-++-+-=--- ; 迭乘恒等式: 112211a a a a a a a a n n n n n ⋅⋅⋅⋅=--- ,(0≠n a ) 迭代法能够解决以下类型一和类型二所给出的递推数列的通项问题: 类型一:已知)(,11n f a a b a n n +==+,求通项n a ; 类型二:已知n n a n f a b a )(,11==+,求通项n a ; 三.待定系数法类型三:已知)1(,11≠+==+p q pa a b a n n ,求通项n a ; 四.特征根法类型四:设二阶常系数线性齐次递推式为n n n qx px x +=++12(0,,1≠≥,q q p n 为常数),其特征方程为q px x +=2,其根为特征根。
(1)若特征方程有两个不相等的实根βα,,则其通项公式为nnn B A x βα+=(1≥n ),其中A 、B 由初始值确定;(2)若特征方程有两个相等的实根α,则其通项公式为1)1([--+=n n n B A x αα(1≥n ),其中A 、B 由初始值确定。
证明:设特征根为βα,,则,p =+βαq -=αβ所以12++-n n x x α=11++-+n n n x qx px α=n n qx x p +-+1)(α=n n x x αββ-+1=)(1n n x x αβ-+ 即}{1n n x x α-+是以β为公比,首项为)12x x α-的等比数列。
所以1121)(-+-=-n n n x x x x βαα,所以2121)(---+=n n n x x x x βαα(1)当βα≠时,则其通项公式为n n n B A x βα+=,其中αβαβ)(12--=x x A ,ββαα)(12--=x x B ; (2)当βα=时,则其通项公式为1)]1([--+=n n n B A x αα,其中ααα121,x x B x A -==五.代换法代换法主要包括三角代换、分式代换与代换相消等,其中代换相消法可以解决以下类型五:已知c a b a ==21,,)0(11≠++=-+r r qa pa a n n n ,求通项n a 。
六.不动点法若αα=)(f ,则称α为)(x f 的不动点,利用不动点法可将非线性递归式化归为等差数列、等比数列或易于求解的递关系的递推关系,从而达到求解的目的。
类型六:(1)已知0(1≠+⋅+⋅=+c da c ba a a n n n ,且)0≠-bc ad ,求通项n a ;(2)已知ca ab a a a n n n +⋅+⋅=+221,求通项n a ; 七.数学归纳法 八.构造法典例分析例1.数列{a n }中,a 1=1,a n+1>a n ,且)(2111221n n n n n n a a a a a a ++=+++++成立,求n a 。
例2.已知正数数列}{n x 满足:kk nn n cx x x 11)1(+=+,其中0,,*≠∈∈c R c N k ,求n x 。
例3.已知数列{a n }满足:112212,2,1++++===n n n n n a a a a a a a ,求n a 。
例4.已知)3(2,122121≥+===--n a a a a a n n n ,证明:该数列中的一切数都是整数。
例5.已知)(1,1*213321N n a a a a a a a nn n n ∈+====+++,求n a 。
例6.数列}{},{n n b a 满足)2(1,211≥-==--n a b b b a a nn n n n n ,q b p a ==11,且1,0,=+>q p q p ,求}{},{n n b a 的通项公式。
例7.已知q p pa a b a n n +-+==+211)1(,,求n a 。
例8.数列}{n a 满足⎪⎩⎪⎨⎧=+++==+ ,2,1),24141(161111n a a a a n n n ,求n a 。
例9.已知nn n n n n n n b a b a b b a a a a +=+===++2,2,25,11121,求}{},{n n b a 的通项公式。
例10.已知数列}{},{n n b a 满足:⎩⎨⎧+=-=----θθθθcos s in s in cos 1111n n n n n n b a b b a a ,且θtan ,111==b a ,求}{},{n n b a 的通项公式。
例11.若数列}{n a 的前n 项和为)0(,1>=a a a S n ,且满足221n n n S aS a a ++=+,求}{n a 的通项公式。
拓展:若数列}{n a 的前n 项和为)0(,1>=a a a S n ,且满足)22(221<<-+-=+t S taS a a n n n ,求}{n a 的通项公式。
(参考答案:12sin sin --=n n a a θπθ,其中2cos t =θ) 例12.设数列}{},{n n b a 满足:0,100==b a ,且⎩⎨⎧-+=-+=+4783671n n nn n n b a b b a a , 2,1,0=n ,证明:n a (,2,1=n ……)是完全平方数。
练习题:1.已知数列{}n a 满足*12212,3,32()n n n a a a a a n N ++===-∈,求数列{}n a 的通项n a 2.已知数列{}n a 满足*12211,2,44()n n n a a a a a n N ++===-∈,求数列{}n a 的通项n a3.已知数列{}n a 满足11122,(2)21n n n a a a n a --+==≥+,求数列{}n a 的通项n a4.已知数列{}n a 满足*11212,()46n n n a a a n N a +-==∈+,求数列{}n a 的通项n a练习答案:1.解:其特征方程为232x x =-,解得121,2x x ==,令1212n n n a c c =⋅+⋅,由1122122243a c c a c c =+=⎧⎨=+=⎩,得12112c c =⎧⎪⎨=⎪⎩, 112n n a -∴=+2.解:其特征方程为2441x x =-,解得1212x x ==,令()1212nn a c nc ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭,由1122121()121(2)24a c c a c c ⎧=+⨯=⎪⎪⎨⎪=+⨯=⎪⎩,得1246c c =-⎧⎨=⎩, 1322n n n a --∴=3.解:其特征方程为221x x x +=+,化简得2220x -=,解得121,1x x ==-,令111111n n n n a a c a a ++--=⋅++ 由12,a =得245a =,可得13c =-,∴数列11n n a a ⎧⎫-⎨⎬+⎩⎭是以111113a a -=+为首项,以13-为公比的等比数列,1111133n n n a a --⎛⎫∴=⋅- ⎪+⎝⎭,3(1)3(1)n n n n na --∴=+- 4.解:其特征方程为2146x x x -=+,即24410x x ++=,解得1212x x ==-,令1111122n n c a a +=+++ 由12,a =得2314a =,求得1c =, ∴数列112n a ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪+⎩⎭是以112152a =+为首项,以1为公差的等差数列,123(1)11552n n n a ∴=+-⋅=-+,135106n n a n -∴=-。