特征方程法求数列通项.doc

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实用标准文案 精彩文档 特征方程法求解递推关系中的数列通项 一、(一阶线性递推式)设已知数列的项满足,其中求这个数列的通项公式。 采用数学归纳法可以求解这一问题,然而这样做太过繁琐,而且在猜想通项公式中容易出错,本文提出一种易于被学生掌握的解法——特征方程法:针对问题中的递推关系式作出一个方程称之为特征方程;借助这个特征方程的根快速求解通项公式.下面以定理形式进行阐述. 定理1:设上述递推关系式的特征方程的根为,则当时,为常数列,即,其中是以为公比的等比数列, 即. 证明:因为由特征方程得作换元 则 当时,,数列是以为公比的等比数列,故 当时,,为0数列,故(证毕) 下面列举两例,说明定理1的应用. 例1.已知数列满足:求 解:作方程 当时, 数列是以为公比的等比数列. 于是[来源:学。科。网][来源:Zxxk.Com] 例2.已知数列满足递推关系:其中为虚数单位。当取何值时,数列是常数数列? 解:作方程则要使为常数,即则必须[来源:学|科|网] 二、(二阶线性递推式)定理2:对于由递推公式,给出的数列,方程,叫做数列的特征方程。[来源:学,科,网] 若是特征方程的两个根,当时,数列的通项为,其中A,B由决定(即把和,代入,得到关于A、B的方程组);当时,数列的通项为,其中A,B由决定(即把和,代入,得到关于A、B的方程组)。 例3:已知数列满足,求数列的通项公式。 解法一(待定系数——迭加法)[来源:学科网] 由,得 , 且。 则数列是以为首项,为公比的等比数列,于是 。把代入,得 ,[来源:学科网] ,[来源:学科网ZXXK] , 。 把以上各式相加,得 。 。[来源:Zxxk.Com] 解法二(特征根法):数列:, 的特征方程是:。 , 。 又由,于是 故 三、(分式递推式)定理3:如果数列满足下列条件:已知的值且对于,都有(其中p、q、r、h均为常数,且),那么,可作特征方程. (1)当特征方程有两个相同的根(称作特征根)时, 若则 若,则其中特别地,当存在使时,无穷数列不存在. (2)当特征方程有两个相异的根、(称作特征根)时,则, 其中 例3、已知数列满足性质:对于且求的通项公式. 解:依定理作特征方程变形得其根为故特征方程有两个相异的根,使用定理2的第(2)部分,则有 ∴ ∴ 即 例5.已知数列满足:对于都有 (1)若求 (2)若求 (3)若求 (4)当取哪些值时,无穷数列不存在? 解:作特征方程变形得 特征方程有两个相同的特征根依定理2的第(1)部分解答. (1)∵对于都有 (2)∵ ∴ 令,得.故数列从第5项开始都不存在, 当≤4,时,. (3)∵∴ ∴ 令则∴对于 ∴ (4)、显然当时,数列从第2项开始便不存在.由本题的第(1)小题的解答过程知,时,数列是存在的,当时,则有令则得且≥2. ∴当(其中且N≥2)时,数列从第项开始便不存在. 于是知:当在集合或且≥2}上取值时,无穷数列都不存在. 练习题: 求下列数列的通项公式: 1.在数列中,,求。(key:) 2.在数列中,且,求。(key:) 3.在数列中,,求。(key:) 4.在数列中,,求。(key:) 5.在数列中,,求。(key:) 6.在数列中,,且.求.(key:时,;时,) 7.在数列中,(是非0常数).求.(key: (); )() 8.在数列中,给定,.求. (key:;若,上式不能应用,此时, 附定理3的证明 定理3(分式递推问题):如果数列满足下列条件:已知的值且对于,都有(其中p、q、r、h均为常数,且),那么,可作特征方程. (1)当特征方程有两个相同的根(称作特征根)时, 若则若,则其中特别地,当存在使时,无穷数列不存在. (2)当特征方程有两个相异的根、(称作特征根)时,则,其中 证明:先证明定理的第(1)部分. 作交换 则 ① ∵是特征方程的根,∴ 将该式代入①式得 ② 将代入特征方程可整理得这与已知条件矛盾.故特征方程的根于是 ③ 当,即=时,由②式得故 当即时,由②、③两式可得此时可对②式作如下变化: ④ 由是方程的两个相同的根可以求得 ∴ 将此式代入④式得 令则故数列是以为公差的等差数列. ∴ 其中 当时, 当存在使时,无意义.故此时,无穷数列是不存在的. 再证明定理的第(2)部分如下: ∵特征方程有两个相异的根、,∴其中必有一个特征根不等于,不妨令于是可作变换 故,将代入再整理得 ⑤ 由第(1)部分的证明过程知不是特征方程的根,故 故所以由⑤式可得: ⑥ ∵特征方程有两个相异根、方程有两个相异根、,而方程与方程又是同解方程. ∴ 将上两

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