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求数列的通项公式是高考的重点,对形如an=ban-1+c(b,c∈R,n∈N*,bc≠0且b≠1)的一类数列,易知数列{an}既不是等差数列,也不是等比数列,但一定存在一个常数m,使数列{an+m}为等比数列。现对形如an=ban-1+c(b,c∈R,n∈N*,bc≠0且b≠1)及其引申形式通项的求法作如下的探讨,希望对大家有所启发。
基本类型an=ban-1+c(b,c∈R,n∈N*,bc≠0且b≠1)
例1 已知a1=1,an=2an-1+3(n=2,3,…),求数列{an}的通项公式。
方法一 迭代法
分析 由an=b·an-1+c,得an=b·an-1+c=b·(b·an-2+c)+c=b2·an-2+b·c+c=bn-1·a1+bn-2·c+bn-3·c+…+b2·c+b·c+c ①(n=2,3,…),于是可求an。
解 由a1=1,b=2,c=3,代入①中,
得an=2n-1·1+2n-2·3+2n-3·3+…+22·3+2·3+3=2n+1-3(n=2,3,…)。
方法二 方程组法
分析 将an=b·an-1+c与an-1=b·an-2+c相减,得an-an-1=b·(an-1-an-2),即{an-an-1}是以a2-a1为首项,q=b为公比的等比数列。故an-an-1=bn-2·(a2-a1),解方程组an-an-1=bn-2·(a2-a1)an=b·an-1+c,可求得an。
解 由a1=1,b=2,c=3,an-an-1=2n-2·(a2-a1)=4·2n-2=2n,
可得an-an-1=2n。
解方程组an-an-1=2nan=2an-1+3,
得an=2n+1-3(n=2,3,…)。
方法三 待定系数法
分析 若a1=t,an=ban-1+c(b≠1,c≠0),则an= 。
证明 设an+m=b(an-1+m),
则an+m=an-c+bm,
得m= ,
即an+ =ban-1+ 。
故an+ 是以a1+ 为首项,b为公比的等比数列。
故an+ =bn-1·a1+ ,
即an= 。
解 设an+m=2(an-1+m),
则an+m=an-3+2m,得m=3,
即an+3=2(an-1+3),
故{an+3}是以4为首项,2为公比的等比数列。
可求得an+3=2n+1,
即an=2n+1-3(n=2,3,…)。
方法四 不动点法
分析 已知函数f(x),若存在实数x0,使f(x0)=x0,则称x0为f(x)的不动点。对于an=ban-1+c,构造函数f(x)=Bx+C,解x=Bx+C,得不动点x= ,则an=Ban-1+C的两边减去 ,得an- =B·an-1- ,即an- 为等比数列,进而求an。
解 构造函数f(x)=2x+3,令x=f(x)=2x+3,得不动点x=-3,
即an+3=2(an-1+3)。
可知数列{an+3}是首项为4,公比为2的等比数列,
故an+3=4·2n-1,
即an=2n+1-3(n=2,3,…)。
如果在an=ban-1+f(n)(b∈R,n∈N*,bc≠0且b≠1)中,c为n的函数或b,c为n的函数,作如下的探讨。
引申一 an=ban-1+f(n)(b∈R,n∈N*,b≠1且b≠0)
1.当数列{f(n)}是等差数列时,可设f(n)=pn+q(p,q是常数),即an=ban-1+pn+q ①,则an-(An+B)=b{an-1-[A(n-1)+B]} ②,由①②得:A= ,B= ,故{an-(An+B)}是等比数列。
例2 在数列{an}中,a1=2,an+1=4an-3n+1,n∈N*。证明数列{an-n}是等比数列。
证明 由题设an+1=4an-3n+1 ①,
得an+1-[A(n+1)+B]=4{an-(An+B)} ②。
由①②得:A=1,B=0,
即an+1-(n+1)=4(an-n),n∈N*。
又a1-1=1,
所以数列{an-n}是首项为1,公比为4的等比数列。
2.当数列{f(n)}为等比数列时,由数列{f(n)}是等比数列,可设f(n)=pqn(pq≠0且q≠b),构造等比数列an-ABn=b(an-1-ABn-1)来求解,则A= ,B=q,故{an-A·Bn}为等比数列。
例3 在数列{an}中,a1= ,an= an-1+ · (n∈N*且n≥2),求数列{an}的通项公式。
解 由已知,得b= ,c(n)= · ,
则an-ABn= (an-1-ABn-1),
故A=-1,B= ,
an+ 是首项为 ,公比为 的等比数列,
即an= - 。
引申二 an=b(n)an-1+f(n)(b∈R,n∈N*,b≠1且b≠0)
例4 已知a1=1,an= + +1+2n。求an。
解 由待定系数法,可得2n+1{an+1-[A(n+1)+B]}=an-(An+B),
则2n+1[A(n+1)+B]-(An+B)=2n+1(1+2n)-2n+1,
故A=2,B=-1。
因此{an-(2n-1)}是首项为1,公比为 的等比数列,
即an= 。
基本类型an=ban-1+c(b,c∈R,n∈N*,bc≠0且b≠1)
例1 已知a1=1,an=2an-1+3(n=2,3,…),求数列{an}的通项公式。
方法一 迭代法
分析 由an=b·an-1+c,得an=b·an-1+c=b·(b·an-2+c)+c=b2·an-2+b·c+c=bn-1·a1+bn-2·c+bn-3·c+…+b2·c+b·c+c ①(n=2,3,…),于是可求an。
解 由a1=1,b=2,c=3,代入①中,
得an=2n-1·1+2n-2·3+2n-3·3+…+22·3+2·3+3=2n+1-3(n=2,3,…)。
方法二 方程组法
分析 将an=b·an-1+c与an-1=b·an-2+c相减,得an-an-1=b·(an-1-an-2),即{an-an-1}是以a2-a1为首项,q=b为公比的等比数列。故an-an-1=bn-2·(a2-a1),解方程组an-an-1=bn-2·(a2-a1)an=b·an-1+c,可求得an。
解 由a1=1,b=2,c=3,an-an-1=2n-2·(a2-a1)=4·2n-2=2n,
可得an-an-1=2n。
解方程组an-an-1=2nan=2an-1+3,
得an=2n+1-3(n=2,3,…)。
方法三 待定系数法
分析 若a1=t,an=ban-1+c(b≠1,c≠0),则an= 。
证明 设an+m=b(an-1+m),
则an+m=an-c+bm,
得m= ,
即an+ =ban-1+ 。
故an+ 是以a1+ 为首项,b为公比的等比数列。
故an+ =bn-1·a1+ ,
即an= 。
解 设an+m=2(an-1+m),
则an+m=an-3+2m,得m=3,
即an+3=2(an-1+3),
故{an+3}是以4为首项,2为公比的等比数列。
可求得an+3=2n+1,
即an=2n+1-3(n=2,3,…)。
方法四 不动点法
分析 已知函数f(x),若存在实数x0,使f(x0)=x0,则称x0为f(x)的不动点。对于an=ban-1+c,构造函数f(x)=Bx+C,解x=Bx+C,得不动点x= ,则an=Ban-1+C的两边减去 ,得an- =B·an-1- ,即an- 为等比数列,进而求an。
解 构造函数f(x)=2x+3,令x=f(x)=2x+3,得不动点x=-3,
即an+3=2(an-1+3)。
可知数列{an+3}是首项为4,公比为2的等比数列,
故an+3=4·2n-1,
即an=2n+1-3(n=2,3,…)。
如果在an=ban-1+f(n)(b∈R,n∈N*,bc≠0且b≠1)中,c为n的函数或b,c为n的函数,作如下的探讨。
引申一 an=ban-1+f(n)(b∈R,n∈N*,b≠1且b≠0)
1.当数列{f(n)}是等差数列时,可设f(n)=pn+q(p,q是常数),即an=ban-1+pn+q ①,则an-(An+B)=b{an-1-[A(n-1)+B]} ②,由①②得:A= ,B= ,故{an-(An+B)}是等比数列。
例2 在数列{an}中,a1=2,an+1=4an-3n+1,n∈N*。证明数列{an-n}是等比数列。
证明 由题设an+1=4an-3n+1 ①,
得an+1-[A(n+1)+B]=4{an-(An+B)} ②。
由①②得:A=1,B=0,
即an+1-(n+1)=4(an-n),n∈N*。
又a1-1=1,
所以数列{an-n}是首项为1,公比为4的等比数列。
2.当数列{f(n)}为等比数列时,由数列{f(n)}是等比数列,可设f(n)=pqn(pq≠0且q≠b),构造等比数列an-ABn=b(an-1-ABn-1)来求解,则A= ,B=q,故{an-A·Bn}为等比数列。
例3 在数列{an}中,a1= ,an= an-1+ · (n∈N*且n≥2),求数列{an}的通项公式。
解 由已知,得b= ,c(n)= · ,
则an-ABn= (an-1-ABn-1),
故A=-1,B= ,
an+ 是首项为 ,公比为 的等比数列,
即an= - 。
引申二 an=b(n)an-1+f(n)(b∈R,n∈N*,b≠1且b≠0)
例4 已知a1=1,an= + +1+2n。求an。
解 由待定系数法,可得2n+1{an+1-[A(n+1)+B]}=an-(An+B),
则2n+1[A(n+1)+B]-(An+B)=2n+1(1+2n)-2n+1,
故A=2,B=-1。
因此{an-(2n-1)}是首项为1,公比为 的等比数列,
即an= 。