教材 · 数学 Course 2 · 数列与微积分 · 数列
漸化式
漸化式と数列
12 数列 / 漸化式と数列
一句话结论递推式求一般项,就是找一个替换,把它变成等差、等比或阶差数列。最核心的 an+1=pan+q:解特性方程 α=pα+q 找平衡点,偏差 an−α 每步乘 p,是等比数列。其余类型(多出 n 的式子、qn、分式、含 Sn、相邻三项、联立)都靠减、除、取倒数、取对数归结到这几种。
概率题常问:棋子每次随机移动,第 n 次后在某处的概率 pn 是多少。直接数所有走法很难,但第 n+1 次在哪里只取决于第 n 次在哪里,写成式子就是 pn+1 与 pn 的关系。这种只给首项和「怎样算出下一项」的式子叫递推式(漸化式)。EJU 的数列大题几乎每年都要从递推式求一般项;本节的方法都只做一件事:把它变形成等差、等比、阶差这三种能直接写出一般项的样子。
为什么是这样
有了首项和递推式,就能依次算出 a2、a3……,数列被唯一确定,这叫数列的归纳定义(帰納的定義)。但题目要的是直接用 n 表示的一般项,能直接写出的只有三种:每步加同一个数(等差),每步乘同一个数(等比),每步加的量随 n 变化但已知(阶差,把各步的量累加起来)。
最常见的 an+1=pan+q 不属于这三种,但它有平衡点 α:若 α=pα+q,某一项等于 α 后数列就停住不动。两式相减得 an+1−α=p(an−α):偏差每步乘 p,偏差数列是等比数列。图中 p=−21,各项绕着平衡点来回摆,偏差每步减半并变号。求 α 的方程叫特性方程(特性方程式),只是草稿,答卷里可以不写。
更复杂的递推式是同一个思路:找一个替换(减去一个式子、两边同除以一个式子、取倒数、取对数),让新数列落进三种基本型。选哪种替换,看式子里「多出来的部分」长什么样。
定量表达
三种基本型:an+1=an+d 得 an=a1+(n−1)d;an+1=ran 得 an=a1rn−1;an+1=an+f(n) 时 {f(n)} 是阶差数列,n≥2 时 an=a1+∑k=1n−1f(k)。阶差这条只对 n≥2 成立(第 n 项只累加了 n−1 步),算完要代 n=1 看是否等于 a1,等于才能合写成一个式子。
an+1=pan+q(p=1):{an−α} 是首项 a1−α、公比 p 的等比数列,于是得到下面的公式。算完别忘了把 α 加回去。
pa+q 型另有两种做法。一是用阶差:把
n 换成
n+1 再写一式,两式相减得
an+2−an+1=p(an+1−an),阶差数列是公比
p 的等比数列,再用阶差公式。二是先算几项猜出一般项,再用下一节的数学归纳法证明,这种做法对任何递推式都适用。
怎么用
先看 an 的系数和多出来的部分,按图里的表选替换,替换后多半落到 pa+q 型。最常考的两种:多出 n 的一次式,如 an+1=3an+2n,设 bn=an+αn+β,它的下一项是 an+1+α(n+1)+β,比较系数得 α=1、β=21,{bn} 公比为 3;多出 qn+1,两边除以 qn+1,bn=qnan 就是 pa+q 型。给出 Sn 的关系式时,写出 n+1 的式子相减,用 Sn+1−Sn=an+1 消去 S,首项另用 a1=S1 求。
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本节还有 7 部分,以及配套的真题和小测验。