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新高考数学二轮专题复习《数列》专练第03讲 通项公式的求法讲义(2份,原卷版+解析版)
展开 这是一份新高考数学二轮专题复习《数列》专练第03讲 通项公式的求法讲义(2份,原卷版+解析版),共3页。试卷主要包含了邻项等和,一次分式之T=2,一次分式之T=3,一次分式之T=6等内容,欢迎下载使用。
TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc26572" 思维导图 PAGEREF _Tc26572 \h 3
\l "_Tc30770" 高考分析 PAGEREF _Tc30770 \h 3
\l "_Tc11212" 学习目标 PAGEREF _Tc11212 \h 4
\l "_Tc15437" 知识要点 PAGEREF _Tc15437 \h 4
\l "_Tc15306" 解题策略 PAGEREF _Tc15306 \h 21
\l "_Tc20869" 题型归纳 PAGEREF _Tc20869 \h 22
\l "_Tc7731" 题型01:观察法求通项公式 PAGEREF _Tc7731 \h 22
\l "_Tc28470" 题型02:公式定义法 PAGEREF _Tc28470 \h 23
\l "_Tc29937" 题型03: 累加法 PAGEREF _Tc29937 \h 25
\l "_Tc24485" 题型04:累乘法 PAGEREF _Tc24485 \h 27
\l "_Tc14669" 题型05:an与Sn关系统一法(公式法) PAGEREF _Tc14669 \h 29
\l "_Tc30398" 一: 用Sn−Sn−1,得到an PAGEREF _Tc30398 \h 29
\l "_Tc22559" 二 :等式中左侧含有:i=1naibi PAGEREF _Tc22559 \h 32
\l "_Tc15377" 三 :消an求Sn:将题意中的an用Sn−Sn−1替换 PAGEREF _Tc15377 \h 35
\l "_Tc14442" 四: 因式分解型(正项数列) PAGEREF _Tc14442 \h 38
\l "_Tc18817" 题型06:前n项积求通项 PAGEREF _Tc18817 \h 41
\l "_Tc18378" 题型07:构造法 PAGEREF _Tc18378 \h 46
\l "_Tc11379" 一:形如 an+1=pan+q型的递推式 PAGEREF _Tc11379 \h 46
\l "_Tc17249" 二:形如an+1=pan+kn+b型的递推式 PAGEREF _Tc17249 \h 46
\l "_Tc17800" 三:取倒数:形如Aan+1−an=Ban+1an 与an+1=AanBan+A类型构造 PAGEREF _Tc17800 \h 47
\l "_Tc26923" 四:形如an+1=pan+rqn型的递推式 PAGEREF _Tc26923 \h 47
\l "_Tc17197" 五:构造法——取对数法 PAGEREF _Tc17197 \h 49
\l "_Tc23768" 六:形如an+1=man+ppan+q型的递推式 PAGEREF _Tc23768 \h 50
\l "_Tc30072" 七:形如an+2=pan+1+qan型的递推式 PAGEREF _Tc30072 \h 50
\l "_Tc9378" 八:构造法——复合型(an±bn型) PAGEREF _Tc9378 \h 53
\l "_Tc28212" 九:构造法——an与n复合型 PAGEREF _Tc28212 \h 53
\l "_Tc1471" 题型08:待定系数法 PAGEREF _Tc1471 \h 54
\l "_Tc13833" 题型09:类累加法(隔项等差) PAGEREF _Tc13833 \h 56
\l "_Tc1366" 题型10:类累乘(隔项成等比) PAGEREF _Tc1366 \h 59
\l "_Tc26657" 题型11:不动点求通项 PAGEREF _Tc26657 \h 61
\l "_Tc14878" 题型12:特征根求通项 PAGEREF _Tc14878 \h 63
\l "_Tc20410" 题型13:递推关系奇偶并项型 PAGEREF _Tc20410 \h 64
\l "_Tc15388" 题型14:图形推导型 PAGEREF _Tc15388 \h 68
\l "_Tc16261" 题型15: 斐波那契型 PAGEREF _Tc16261 \h 73
\l "_Tc11025" 题型16:周期数列 PAGEREF _Tc11025 \h 78
\l "_Tc22724" 题型17:双数列 PAGEREF _Tc22724 \h 79
\l "_Tc18842" 题型18:重新组合新数列型 PAGEREF _Tc18842 \h 81
\l "_Tc26749" 题型19: 插入项问题 PAGEREF _Tc26749 \h 82
\l "_Tc23056" 题型20:重新排序型 PAGEREF _Tc23056 \h 85
\l "_Tc29516" 题型21: 整除相关 PAGEREF _Tc29516 \h 86
\l "_Tc5036" 题型22:两个数列的公共项 PAGEREF _Tc5036 \h 88
\l "_Tc3207" 题型23: 数学文化相关 PAGEREF _Tc3207 \h 91
\l "_Tc31092" 题型24:其他型 PAGEREF _Tc31092 \h 93
\l "_Tc15324" 题型25:通项公式的证明化简 PAGEREF _Tc15324 \h 95
1. 考查频率与题型:属于高考数学数列板块的核心考点,全国卷及各省市自主命题卷中必考,常以解答题第1问或选择题、填空题的形式出现,分值占比 5-12 分。
2. 考查内容:重点考查由递推关系求通项公式,常见递推类型包括 a_{n+1}=a_n+f(n)(累加法)、a_{n+1}=a_n\cdt f(n)(累乘法)、a_{n+1}=pa_n+q(构造等比数列)、a_{n+1}=\frac{Aa_n}{Ba_n+C}(取倒数构造)等;偶尔结合 a_n 与 S_n 的关系(a_n=S_n-S_{n-1}(n\ge2))命题,常与数列求和、不等式证明综合考查。
3. 命题趋势:近年来命题更注重通性通法的运用,减少偏难怪题,强调与函数、方程思想的结合,部分题目会设置生活化背景(如增长率、产量问题),考查数学建模能力。
1. 知识目标:掌握由数列的前几项、递推公式、a_n 与 S_n 的关系求通项公式的核心方法,能准确识别不同递推类型并选择对应解法。
2. 能力目标:提升观察、归纳、推理能力,学会通过构造辅助数列(等比、等差)将陌生递推关系转化为熟悉类型,培养数学转化与化归思想。
3. 应试目标:能在 5-8 分钟内解决中等难度的通项公式问题,确保解答题第1问不失分,选择题、填空题快速精准作答。
高中数列通项公式方法最全总结
公式定义法(已知等差或等比求通项)
利用等差数列等比数列的概念定义、中项性质之间的关系求解通项公式如:
1.一次函数为等差数列,
2.二次函数无常数项为等差数列求和公式
3.指数型函数为等比数列(或等比数列求和公式)
二、累加法(适用an+1=an+f (n)时,用累加法求解.)
形如an+1=an+f(n)型的递推数列(其中f(n)是关于n的函数)
可构造: &an−an−1=f(n−1)&an−1−an−2=f(n−2)&...&a2−a1=f(1)
将上述m2个式子两边分别相加,可得:an=f(n−1)+f(n−2)+(2)+f(1)+a1,(n≥2)
(1)若f(n)是关于n的一次函数,累加后可转化为等差数列求和;
(2)若f(n)是关于n的指数函数,累加后可转化为等比数列求和;
(3)若f(n)是关于n的分式函数,累加后可裂项求和.
三、累乘法(适用eq \f(an+1,an)=f (n)时,用累乘法求解)
形如an+1an=f(n)型的递推数列(其中f(n)是关于n的函数)
可构造:&anan−1=f(n−1)&an−1an−2=f(n−2)&...&a2a1=f(1)
将上述m2个式子两边分别相乘,可得:an=f(n−1)⋅f(n−2)⋅...⋅f(2)f(1)a1,(n≥2)
有时若不能直接用,可变形成这种形式,然后用这种方法求解.
四、an与Sn关系统一法
1、已知Sn求an的常用方法是利用=转化为关于an的关系式,再求通项公式.
2、Sn与an关系问题的求解思路
方向1:利用an= Sn -Sn-1(n≥2)转化为只含 Sn,Sn-1的关系式,再求解.
Sn=i=1naibi
i=1naibi=f(n)
方向2:利用Sn -Sn-1= an(n≥2)转化为只含an,an-1的关系式,再求解.
方向3:若存在 ,则令 ,再利 用Sn -Sn-1= an(n≥2)转化为只含an,an-1
的关系式,再求解。
模板解决步骤
第一步:写出当时,的表达式.
第二步:利用求出或将条件转化为的递推关系.
第三步:如果第二步求出,那么根据求出,并代入的通项公式,注意要进行验证,若成立,则合并;若不成立,则写成分段的形式.如果第二步求出的递推关系,那么通过递推公式求.忽略对n=1的单独讨论是常见的错误
\l "_Tc180707872" 五、前n项之积Tn与通项公式
Tn与an关系问题求解思路(其中Tn为an的前n项积)
T1=a1 , an=TnTn−1
方向1:若已知Tn与n的关系,可利用TnTn−1=an转换为an的即可求解.
方向2: 若已知Tn与an的关系,可利用TnTn−1=an替换an,先求解Tn,再转换为an即可求解
六、构造法
1、形如an+1=can+d(c≠0,a1=a)型
= 1 \* GB3 ①若c=1时,数列an为等差数列;
= 2 \* GB3 ②若d=0时,数列an为等比数列;
= 3 \* GB3 ③若c≠1,d≠0时,数列an为线性递推数列,其通项可通过待定系数法构造辅助数列来求。
*(方法1)待定系数法:
设an+1+λ=c(an+λ),得an+1=can+(c−1)λ,
与题设an+1=can+d比较系数得:c−1λ=d,所以λ=dc−1(c≠1)
所以有:an+1+dc−1=c(an+dc−1)
因此数列an+dc−1构成以a1+dc−1为首项,以c为公比的等比数列。
*(方法2)逐项相减法(阶差法):
有时我们从递推关系an+1=can+d中把n换成n−1
有an=can−1+d,两式相减有:an+1−an=c(an−an−1),从而化为公比为c的等比数列an+1−an,进而求得通项公式an+1−an=cn(a2−a1),再利用累加法即可求得通项公式。我们可以看到此方法比较复杂。
\l "_Tc180707875" 2:形如an+1=pan+kn+b型的递推式(其中k,b是常数,且k≠0)
*(1)逐项相减法(阶差法)
*(2)待定系数法:通过配凑可转化为an+xn+y=p(an−1+xn−1+y)
解题基本步骤:
= 1 \* GB3 ①确定fn=kn+b
= 2 \* GB3 ②设等比数列bn=(an+xn+y),公比为p
= 3 \* GB3 ③列出关系式an+xn+y=p(an−1+xn−1+y),即bn=pbn−1
= 4 \* GB3 ④比较系数求x,y
= 5 \* GB3 ⑤解得数列{an+xn+y}的通项公式,并得出数列{an}的通项公式。
3:形如Aan+1−an=Ban+1an 与an+1=AanBan+A类型构造,
取倒数再构造等差或等比数列、两边同时取倒数转化为eq \f(1,an+1)=eq \f(s,p)·eq \f(1,an)+eq \f(r,p)的形式,化归为bn+1=pbn+q型;
1.形如an−1−an=pan−1an(p为常数且p≠0)的递推式:两边同除于an−1an,转化为1an=1an−1+p形式,化归为an+1=pan+q型求出1an的表达式,再求an;
2.还有形如an+1=manpan+q的递推式,也可采用取倒数方法转化成1an+1=mq1an+mp形式,化归为an+1=pan+q型求出1an的表达式,再求an.
类型一:Aan+1−an=Ban+1an
两边同除 an+1an
得:Aan−Aan+1=B,即:1an+1−1an=−BA
即1an构成 1a1 为首项,以−BA为公差的等差数列
类型二:an+1=AanBan+A
两边同时取倒数得::1an+1=BA +1an
即:1an+1−1an=BA
即1an构成 1a1 为首项,以BA为公差的等差数列
4、形如an+1=pan+qn(其中q是常数,且n≠0,1)
= 1 \* GB3 ①若p=1时,即:an+1=an+qn累加即可。
= 2 \* GB3 ②若p≠1时,即:an+1=pan+qn求通项方法有以下三种方法:
(方法1)两边同除以pn+1.目的是把所求数列构造成等差数列,即:an+1pn+1=anpn+1p∙(qp)n,
令bn=anpn,则bn+1−bn=1p∙(qp)n,然后累加法求通项。
(方法2)两边除以qn+1.目的是把所求数列构造成等比数列,即:an+1qn+1=pq∙anqn+1q,
令bn=anqn,则可化为bn+1=pqbn+1q,然后待定系数法求通项即可。
(方法3)待定系数法:目的是把所求数列构造成等差数列
设an+1+λ∙qn+1=p(an+λ∙qn),通过比较系数,求出λ,转化为等比数列求通项。
注意:应用待定系数法时,要求p≠q,否则待定系数法会失效。
5.函数型构造一:形如an+1=pan+f(n)(p≠1)型的递推式
(1)当f(n)为一次函数类型(即等差数列)时:
方法一:设an+An+B=pan−1+A(n−1)+B,
通过待定系数法确定A 、 B的值,
转化成以a1+A+B为首项,以p为公比的等比数列an+An+B,
再利用等比数列的通项公式求出an+An+B的通项整理可得an.
方法二:当f(n)的公差为d时,由递推式得:an+1=pan+f(n),an=pan−1+f(n−1)两式相减得:
an+1−an=p(an−an−1)+d,
令bn=an+1−an得:bn=pbn−1+d转化为构造法第一种形式(待定系数法),
求出 bn,再用累加法便可求出an.
当f(n)为二次函数类型
设an+1+A(n+1)2+B(n+1)+C=p(an+An2+Bn+C)
通过待定系数法确定A,B,C的值,
转化成以a1+A+B+C为首项,以p为公比的等比数列an+An2+Bn+C,
再利用等比数列的通项公式求出an+An2+Bn+C的通项整理可得an.
当f(n)为n次函数类型时的求解策略同(2)待定系数法
(4)当f(n)为指数函数类型(即等比数列,公比为q)时:
方法一:若p≠q
设an+λf(n)=pan−1+λf(n−1),通过待定系数法确定λ的值,
转化成以a1+λf(1)为首项,以p为公比的等比数列an+λf(n),
再利用等比数列的通项公式求出an+λf(n)的通项整理可得an.
方法二:由递推式:an+1=pan+f(n)——①,可得an=pan−1+f(n−1),两边同时乘以q得
anq=pqan−1+qf(n−1)——②,
由①②两式相减得an+1−anq=p(an−qan−1),
即an+1−qanan−qan−1=p,在转化为第一类构造法(待定系数法)便可求出an.
方法三:若p=q
递推公式为an+1=pan+qn(其中p,q均为常数)或an+1=pan+rqn(其中p,q, r均为常数)时,要先在原递推公式两边同时除以qn+1,
得:an+1qn+1=pq⋅anqn+1q,引入辅助数列bn(其中bn=anqn),
得:bn+1=pqbn+1q再应用第一类构造法(待定系数法)解决.
(5)当f(n)为任意数列(等差或等比)时,可用通法:
在an+1=pan+f(n)两边同时除以pn+1
可得到an+1pn+1=anpn+f(n)pn+1,
令anpn=bn,则bn+1=bn+f(n)pn+1,
再转化为累加法,求出bn之后得an=pnbn.
6对数转换构造:
形如 an+1=panq (q≠1,p>0) 型的递推式,可取对数构造,对数的底数取为p;
lgpan+1=lgpp(an)q ,化简得:lgpan+1=1+qlgpan
再通过构造法一待定系数法求出lgpan的通项公式,然后再左右连边同时取以p为 底数的指数形式求出an的通项公式
\l "_Tc180707877" 7.形如an+1=man+ppan+q型的递推式
(方法1)分离常数再构造
(方法2)特征根法
可作特征方程x=px+qrx+h,当特征方程有且仅有一根x0时,则1an−x0是等差数列;当特征方程有两个相异的根λ1、λ2时,则an−x1an−x2是等比数列。
(方法3)不动点法
\l "_Tc180707878" 8.形如an+2=pan+1+qan型的递推式
(方法1)可以化为an+1-x1an=x2(an-x1an-1),其中x1,x2是方程x2-px-q=0的两个根;
方程x2−px−q=0,叫做数列an的特征方程。若x1,x2是特征方程的两个根,当x1≠x2时,数列an的通项为an=Ax1n−1+Bx2n−1,其中A,B由a1=α,a2=β决定(即把a1,a2,x1,x2和n=1,2,代入an=Ax1n−1+Bx2n−1,得到关于A、B的方程组);当x1=x2时,数列an的通项为an=(A+Bn)x1n−1,其中A,B由a1=α,a2=β决定(即把a1,a2,x1,x2和n=1,2,代入an=(A+Bn)x1n−1,得到关于A、B的方程组)。
(方法2)形如 an+2=pan+1+qan (q≠0,p≠0) 型的递推式中可以构造为:
an+2+man+1=n(an+1+man)
展开移项整理得an+2=(n−m)an+1+nman,
与题设an+2=pan+1+qan比较系数(待定系数法)得
p=n−mq=mn ,转换为二次函数求解,令n=p+m代入下式得:
m2+pm−q=0
角度1:当q=−p24时,该二次函数存在两个相同解时,得m1=m2=−p2,则n=p2
an+2−p2an+1=p2(an+1−p2an)
即an+1−p2an构成以 a2−p2a1 为首项,以 p2 为公比的等比数列.
再利用等比数列的通项公式求出an+1−p2an的通项公式
然后再利构造法三(函数型构造)求出an的通项公式。
角度2:当q≠−p24时,且该二次函数有解并存在两个不同解时,
得 m1=−p+p2+4q2n1=p+p2+4q2 , m2=−p−p2+4q2n2=p−p2+4q2
即:an+2+−p+p2+4q2an+1=p+p2+4q2(an+1+−p+p2+4q2an)an+2+−p−p2+4q2an+1==p−p2+4q2(an+1+−p−p2+4q2an);
即an+1+−p+p2+4q2an构成以 a2+−p+p2+4q2a1 为首项,以p+p2+4q2 为公比的
等比数列.
an+1+−p−p2+4q2an构成以 a2+−p−p2+4q2a1 为首项,以p−p2+4q2 为公比的
等比数列.
然后分别将an+1+−p+p2+4q2an与an+1+−p−p2+4q2an的等比数列通项公式求解,然后利用方程组法将两式中的 an+1 进行相消,得到 an 的通项公式。
角度3:当q≠−p24时,且该二次函数无实数解时,采用虚数表示,步骤如角度2。
三项式的数列求解也可以参考方法九,特征根法求解
七待定系数法:
待定系数法常见类型如下:
(1)
(2)、同除+待定系数:
(3)、取倒数+待定系数:
、取对数+待定系数:
(5)、连续三项:
八.类累加法(隔项成等差)
形如 an+1+an=f(n) ①
an+2+an+1=f(n+1) ②
型的递推式中可以先进行第一步的递推:
②−①得: an+2−an=f(n+1)−f(n) =g(n)然后进行数列构造:
角度1:当f(n) 为一次函数时,f(n+1)−f(n)=g(n)=c(c为常数);
此时an的奇数项和偶数项分别以 a1 , a2 作为首项,均以公差为c的等差数列;
当n为奇数时,可令n=2k-1得:
a2k−1= a1 +(k−1)c;
即: a2k−1= a1−12c +12(2k−1)c;
∴当n为奇数时:an= a1−12c +12nc;
即:an= a1+12(n−1)c
当n为偶数时,n-1为奇数:
∴an+an−1=f(n−1)
即:an=f(n−1)− an−1
∴当n为偶数时:an=f(n−1)−( a1+12(n−2)c)
角度2:当f(n) 为其他函数时,令f(n+1)−f(n)=g(n)
当n为奇数时,可令n=2k-1得:
a2k−1−a2k−3=g(2k−1) a2k−3−a2k−5=g(2k−3)⋮ a3−a1=g(1)
将上式相加得 a2k−1−a1=g(1)+⋯+g(2k−3)+g(2k−1)
令g(1)+⋯+g(2k−3)+g(2k−1)=G(2k−1) ;
得 a2k−1=G(2k−1) +a1;
∴当n为奇数时:an=G(n)+a1 ;
当n为偶数时,n-1为奇数:
∴an+an−1=f(n−1)
即:an=f(n−1)− an−1
∴当n为偶数时:an=f(n−1)−G(n−1)−a1
九、类累乘法(隔项成等比)
形如 an+1an=f(n) ①
an+2an+1=f(n+1) ②
型的递推式中可以先进行第一步的递推
②÷①得: an+2an=f(n+1)f(n) =g(n)然后进行数列构造:
角度1:当f(n) 为等比数列时,f(n+1)f(n) =g(n)=c(c为常数);
此时an的奇数项和偶数项分别以 a1 , a2 作为首项,均以公比为c的等差数列;
当n为奇数时,可令n=2k-1得:
a2k−1= a1 ck−1;
即: a2k−1= a1 c12(2k−1)−12;
∴当n为奇数时:an= a1 c12n−12;
当n为偶数时,n-1为奇数:
∴anan−1=f(n−1)
即:an=f(n−1) an−1
∴当n为偶数时:an=f(n−1) a1 c12n−1
角度2:当f(n) 为其他函数时,令f(n+1)f(n)=g(n)
当n为奇数时,可令n=2k-1得:
a2k−1a2k−3=g(2k−1) a2k−3a2k−5=g(2k−3)⋮a3a1=g(1)
将上式相成得a2k−1a1=g(1)∙g(3)⋯g(2k−3)∙g(2k−1)
令g(1)+⋯+g(2k−3)+g(2k−1)=G(2k−1) ;
得 a2k−1=G(2k−1)∙ a1;
∴当n为奇数时:an=G(n)∙ a1 ;
当n为偶数时,n-1为奇数:
∴anan−1=f(n−1)
即:an=f(n−1) an−1
∴当n为偶数时:an=f(n−1)G(n−1)∙ a1
十、不动点求通项
不动点的概念:对于函数y=fx,我们称方程fx=x的根为函数fx的不动点.
不动点法:当我们遇到an+1=fan,且fan是一个关于an的多项式(或分式多项式)这种类型的递推公式时,可以采用不动点法来求an,常见的题型有2类:an+1=Aan+B型,an+1=pan+qman+t型.
(1)an+1=Aan+B型:(也可以通过构造法一:待定系数法求解)
第一步,构造函数fx=Ax+B,并令fx=x,求出fx的不动点;
第二步,在递推公式an+1=Aan+B两端同时减去x0,化简使得左右两侧结构一致;
第三步,构造数列求通项.
(2)an+1=pan+qman+t型:
第一步,构造函数fx=px+qmx+t,并令fx=x,求出fx的不动点;
第二步,
①若fx有2个不动点,则用an+1=pan+qman+t两端分别减去两个不动点,得到两个式子,两式相除可以产生优良结构,进而构造数列求通项;
②若fx只有1个不动点,则用an+1=pan+qman+t两端减去该不动点,再取倒数,化简可以产生优良结构,进而构造数列求通项;
③若fx没有不动点,则在考题中,an往往是周期较小的周期数列,直接根据首项和递推公式an+1=pan+qman+t求出前几项找规律即可.
注意
1、在数列{an}中,a1已知,且n≥2时,an=pan−1+q(p,q是常数),
(1)当p=1时,数列{an}为等差数列;
(2)当p=0时,数列{an}为常数数列;
(3)当p≠1,q=0时,数列{an}为等比数列;
(4)当p≠0,1,q≠0时,称x=px+q是数列{an}的一阶特征方程,其根x=q1−p叫做特征方程的特征根,这时数列{an}的通项公式为:an=(a1−x)pn−1+x;
2、形如a1=m1,a2=m2,an+2=p⋅an+1+q⋅an(p、q是常数)的二阶递推数列都可用特征根法求得通项an,其特征方程为x2=px+q(*).
(1)若方程(*)有二异根α、β,则可令an=c1⋅αn+c2⋅βn(c1、c2是待定常数);
(2)若方程(*)有二重根α=β,则可令an=(c1+nc2)⋅αn(c1、c2是待定常数).
(其中c1、c2可利用a1=m1,a2=m2求得)
3、设f(x)=ax+bcx+d(c≠0,ad−bc≠0),an满足递推关系an+1=f(an),初值条件a1≠f(a1).
令x=ax+bcx+d,即cx2+(d−a)x−b=0,令此方程的两个根为x1,x2,
(1)若x1=x2,则有1an+1−x1=1an−x1+p (其中p=2ca+d)
(2)若x1≠x2,则有an+1−x1an+1−x2=qan−x1an−x2 (其中q=a−cx1a−cx2)
4、设函数有两个不同的不动点,且由确定着数列,那么当且仅当时,
十一、特征根求通项
当我们遇到an+2=pan+1+qan这种类型的二阶线性递推公式时,可以用特征根法来求通项.
第一步,构造特征方程x2=px+q,并求出特征方程的根;
第二步,若上一步的特征方程有2个不同的实根α和β,则an=Aαn+Bβn,再利用a1和a2来求出系数A和B;若上一步的特征方程有2个相同的实根α,则an=An+Bαn,再利用a1和a2来求出系数A和B.
1、设已知数列{an}的项满足a1=b,an+1=can+d,其中c≠0,c≠1,求这个数列的通项公式。作出一个方程x=cx+d,则当x0=a1时,an为常数列,即an=a1;当x0≠a1时,an=bn+x0,其中{bn}是以c为公比的等比数列,即bn=b1cn−1,b1=a1−x0.
2、对于由递推公式an+2=pan+1+qan,a1=α,a2=β给出的数列an,方程x2−px−q=0,叫做数列an的特征方程。若x1,x2是特征方程的两个根,当x1≠x2时,数列an的通项为an=Ax1n−1+Bx2n−1,其中A,B由a1=α,a2=β决定(即把a1,a2,x1,x2和n=1,2,代入an=Ax1n−1+Bx2n−1,得到关于A、B的方程组);当x1=x2时,数列an的通项为an=(A+Bn)x1n−1,其中A,B由a1=α,a2=β决定(即把a1,a2,x1,x2和n=1,2,代入an=(A+Bn)x1n−1,得到关于A、B的方程组)。
3、如果数列{an}满足下列条件:已知a1的值且对于n∈N,都有an+1=pan+qran+h(其中p、q、r、h均为常数,且ph≠qr,r≠0,a1≠−hr),那么,可作特征方程x=px+qrx+h,当特征方程有且仅有一根x0时,则1an−x0是等差数列;当特征方程有两个相异的根λ1、λ2时,则an−x1an−x2是等比数列。
十二:数列的周期性
1.定义
类比周期函数的概念,我们可定义:对于数列{an},如果存在一个常数T(T∈N+),使得对任意的正整数n>n0恒有an+T=an成立,则称数列{an}是从第n0项起的周期为T的周期数列.若n0=1,则称数列{an}为纯周期数列,若n0≥2,则称数列{an}为混周期数列,T的最小值称为最小正周期,简称周期.
2.常见的周期数列
以下类型针对非常数数列,即an≠an+1.
类型一 邻项等和
①若an+an+1=k,则T=2;特别地an+an+1=0,则T=2;
②若an+an+1+an+2=k,则T=3;特别地an+an+1+an+2=0,则T=3;
类型二 邻项等积
①若an⋅an+1=k(k≠0),则T=2;证明:an+1⋅an+2=k,两式作商得an+2=an.
特别地an⋅an+1=1,则T=2;
②若an⋅an+1⋅an+2=k(k≠0),则T=3;证明同上.
特别地an+an+1+an+2=0,则T=3;
类型三 错号等值
①若an+2−an+1+an=k,则T=6;证明类比类型一.
特别地an+2−an+1+an=0,则T=6;
②若an+2÷an+1×an=k(k≠0),则T=6;证明类比类型二.
特别地an+2÷an+1×an=1,即an+2=an+1an,则T=6;
类型四 一次分式之T=2
若an+1=a⋅an+bc⋅an+d,其中a+d=0,则T=2.
特别地,若a=d=0,即为前面类型二(邻项之积an+1=kan)
类型五 一次分式之T=3
若an+1=a⋅an+bc⋅an+d,其中(a+d)2=ad−bc,则T=3.
类型六 一次分式之T=6
若an+1=a⋅an+bc⋅an+d,其中(a+d)2=2(ad−bc),则T=4.
类型七 一次分式之T=6
若an+1=a⋅an+bc⋅an+d,其中(a+d)2=3(ad−bc),则T=6.
十三;斐波那契数列
一、斐波那契数列的起源:兔子的故事
1202年,一位意大利数学家莱昂纳多·斐波那契(Lenard Fibnacci)写了一本书,叫《算盘书》。这本书中提出了一个关于兔子繁殖的问题:假设有一对兔子,这对兔子出生一个月后会成熟,然后每个月都能生一对新兔子。而新生的小兔子,也会在一个月后长大成熟并继续繁殖。兔子永远不会死亡。那么,第N个月时,一共有多少对兔子?
斐波那契在解答过程中发现了数字的自然增长模式——即大名鼎鼎的斐波那契数列,又称“兔子数列”、“黄金分割数列”。其数值为:1、1、2、3、5、8、13、21、34……,其中从第三个数起,每一个数都等于它前面两个数的和,亦即数列an满足:a1=1,a2=1, 且an=an−2+an−1(n≥3) 。
二、斐波那契数列的表示
1、逐项表示:1、1、2、3、5、8、13、21、34……
2、递推公式:a1=1,a2=1, 且an=an−2+an−1(n≥3)
3、通项公式:an=151+52n−1−52n
三、斐波那契数列的通项公式证明
19世纪,法国数学家比奈(Jacques Binet)推导出兔子数列的通项公式,揭示出兔子数列的项可以表示为包含黄金分割比的闭式:
an=151+52n−1−52n
(注:通项公式里有复杂的无理数,但得到的数列各项全是自然数。)
证明:因为an+2=an+1+an① ,令an+2+pan+1=qan+1+pan(构造等比数列),即
an+2=(q−p)an+1+pqan②,对比①、②两式的系数可得&q−p=1&pq=1,解得
&p=−1+52&q=1+52或&p=−1−52&q=1−52
情形1:当p=−1+52,q=1+52时
an+2+−1+52an+1=1+52an+1+−1+52an,即
an+2+−1+52an+1an+1+−1+52an=1+52(常数),则
an+1+−1+52an是等比数列,且首项1,公比为1+52,所以可得
an+1+−1+52an=1+52n ①
情形2:当p=−1−52,q=1−52时,同理可得
an+1−1+52an=1−52n ②
由①、②相减可得
F(n)=an=151+52n−1−52n
四、斐波那契数列的常用性质
前n项和:Sn=a1+a2+⋅⋅⋅+an=an+2−1
奇数项和:a1+a3+⋅⋅⋅+a2n−1=a2n
偶数项和:a1+a3+⋅⋅⋅+a2n−1=a2n
平方性质:an2=anan+1−anan−1
平方和性质:a12+a22+⋅⋅⋅+an2=anan+1
中项性质:anan+2−an+12=−1n+1;3an=an−2+an+2
余数列周期性
被2除的余数列周期为3:1,1,0······
被3除的余数列周期为8:1,1,2,0,2,2,1,0······
被4除的余数列周期为6:1,1,2,3,1,0······
斐波那契不等式:n−1n38}.
故选:A
【变式训练5-2-1】已知数列满足a1+2a2+3a3+⋅⋅⋅+nan=n2,设bn=nan,则数列1bnbn+1的前2023项和为( )
A.20224045B.40464047C.40444045D.20234047
【变式训练5-2-2】在数列an中,a12+a23+a34+⋅⋅⋅+ann+1=n2+n,求an的通项公式.
【变式训练5-2-3】已知数列an满足a1+a23+a332+⋯+an3n−1=3n,则an=
【变式训练5-2-4】(1)已知数列an满足3n−1a1+3n−2a2+⋯+3an−1+an=2n,n∈N∗,则数列an的通项公式为___________.
(2) 已知数列an满足a1=1,且nan+1=2a1+a2+⋯+an,n=1,2,3,…,求an的通项公式.
【变式训练5-2-5】已知数列an满足a1+a1+a22+a1+a2+a33+⋯+a1+a2+⋯+ann=n⋅2n.
(1)求an的通项公式;
(2)求数列ann的前n项和Sn.
【变式训练5-2-6】知正项数列an的前三项分别为1,3,5,Sn为数列的前n项和,满足:nSn+12−n+1Sn2=n+13n3+An2+BnA,B∈R,n∈N∗.
(1)求的值;
(2)求数列an的通项公式;
(3)若数列bn满足n+1an=b12+b222+…+bn2nn∈N∗,求数列bn的前n项和Tn.(参考公式:12+22+⋯+n2=16nn+12n+1)
【变式训练5-2-7】已知正项数列an的前n项和为Sn,对于任意的n∈N∗,都有a13+a23+⋅⋅⋅+an3=Sn2.
(1)求,;
(2)求数列an的通项公式;
(3)令bn=nS2n−1问是否存在正数m,使得1+b11+b2⋅⋅⋅1+bn≥m2n+1对一切正整数n都成立?若存在,求出m的取值范围;若不存在,请说明理由.
三 :消an求Sn:将题意中的an用Sn−Sn−1替换
【典型例题1】已知各项都是正数的数列an的前n项和为Sn,且Sn=an2+12an,则错误的选项是( )
A.Sn2是等差数列B.Sn+Sn+2anD.Sn−1Sn≥lnn
【答案】C
【解析】对于A,求出a1,再将an转化为Sn,即可证明,对于B,利用A的结论求出Sn,再利用基本不等式,即可证明.对于C,求出a20,解得:S1=a1=1 n≥2时,Sn=Sn−Sn−12+12Sn−Sn−1,
整理得:Sn2−Sn−12=1 故Sn2是等差数列,故A正确;
B选项,由A分析可知Sn2=S12+n−1=n,则Sn=n,则Sn+Sn+2=n+n+2,
注意到2Sn+1=2n+1,2Sn+12−Sn+Sn+22=4n+4−2n−2−2nn+2
=n+n+2−2nn+2>0,又Sn+Sn+2>0,2Sn+1>0.则Sn+Sn+2
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