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巧用換元法求解一次分式型遞推數(shù)列

2011-12-31 00:00:00陳少春
考試周刊 2011年48期


  對于一次分式型遞推數(shù)列:
  a=(r≠0,ps≠qr)……(1)
  一般資料上都用借助特征方程求不動(dòng)點(diǎn)的方法.這種方法的理論背景較為復(fù)雜,不太符合高中學(xué)生的認(rèn)知心理和思維習(xí)慣.那么,有沒有不用高等數(shù)學(xué)知識(shí),而只用高中數(shù)學(xué)知識(shí)來求解的方法呢?
  思維策略分析:我們將以上遞推數(shù)列變?yōu)檎剑纯傻玫?br/>  raa+sa-pa-q=0……(2)
  我們發(fā)現(xiàn),如果能使(2)中的常數(shù)項(xiàng)消失,便可變形為形如
  aa=Aa+Ba(AB≠0)……(3)
  的遞推數(shù)列,而這種數(shù)列可通過取倒數(shù)變形為基本數(shù)列問題.而這里的常數(shù)項(xiàng)追本窮源就是原來(1)式中分子中的常數(shù)項(xiàng)q.為此,在(2)中,若令a=b+t(t∈R且t≠0)(b為另一數(shù)列),則有
  r(b+t)(b+t)+s(b+t)-p(b+t)-q=0
  又可化簡為:
  rbb+(rt+s)b+(rt-p)b+rt+(s-p)t-q=0……(4)
  然后,只需rt+(s-p)t-q=0令,(這里需滿足(s-p)+4rq≥0)解出t值,再代入(4),就可將(4)化成遞推數(shù)列(3),從而達(dá)到求解的目的.
  顯然,這里運(yùn)用了高中學(xué)生非常熟悉的換元法,引進(jìn)了新數(shù)列,從而實(shí)現(xiàn)了化一般為特殊的思維目標(biāo),使問題的解決水到渠成,以下通過幾例介紹該方法在解題中的應(yīng)用.
  例1.已知數(shù)列{a}滿足a=,且a=2,求數(shù)列{a}的通項(xiàng)公式.
  解:令a=b+t(t≠0),則有:
  b+t=
  變形,得b=
  令1-t=0,得t=1或t=-1,不妨取t=1(取t=1也可),則可得
  b=
  取倒數(shù)可得:=+1
  +=3(+),
  即{+}為等比數(shù)列,公比q=3,首項(xiàng)為+=+=.
  由此先求出b,再由b即可求得a=.
  例2.設(shè)數(shù)列{a}的前n項(xiàng)和為S,且S-2S-aS+1=0,求數(shù)列{a}的通項(xiàng)公式.
  解:將a=S-S(n≥2)代入已知遞推式,消去a得:
  SS-2S+1=0
  變形得:S=
  令S=b+t(t≠0),得b+t=
  變形得:b=.
  令(t-1)=0,則t=1.代入上式得b=
  再用取倒數(shù)的方法即可求得b,進(jìn)一步可得出S=.
  再由S即可求得a=.
  例3.(2005年重慶卷?文?22題)設(shè)數(shù)列{a}滿足a=1,且
  8aa-16a+2a+5=0(n≥1),記b=(n≥1).
 ?。?)求b,b,b,b的值;
 ?。?)求數(shù)列{b}的通項(xiàng)公式及數(shù)列{ab}的前n項(xiàng)和Sn.
  解:(1)略.b=2,b=,b=4,b=.
 ?。?)顯然所給遞推公式屬于類型(2),令a=c+t(t≠0)則
  8(c+t)(c+t)-16(c+t)+2(c+t)+5=0
  整理可得:
  8cc+(8t-16)c+(8t+2)c+8t-14t+5=0
  令8t-14t+5=0得:t=或t=.
  不妨取t=(取t=亦可),則有4cc-6c+3c=0.
  這顯然屬于類型(3),可變形為c=,取倒數(shù)即可求解.
  答案:a=,b=,S=(2+5n-1).
  通過以上幾例可以發(fā)現(xiàn),看似形態(tài)各異的幾個(gè)遞推數(shù)列,它們通過變形后都可以轉(zhuǎn)化成同一種類型,然后使用同一種方法巧妙求解,從而獲得了這種問題的求解通法,自然也就提高了數(shù)學(xué)思維水平和解題能力.
  注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文

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