天籟數學——數列篇(3)


 

       這一篇說下第二種特征數列,等比數列,同樣我們也應該知道它的”基本性質”,“擴充性質”和“判定方法”。

一:基本性質

     1:通項公式:         an=a1qn-1

     2:  前n項和公式:   Sn= a1(1-qn)/(1-q)

二: 判定方法

    1:  an+1/an=q (q是常數)          =>    {an}是等比數列。

    2:an=cqn                             =>    {an}是等比數列。

    3:  an+12=an*an+2                =>    {an}是等比數列。

 

三:擴充性質   

     1:    an=am*qn-m;

     2:   若m+n=p+q 則 aman=apaq;

     3:   若{an}是等比數列,若每隔k項取出一項,那么取得的新數列仍是等比數列。

                                     比如: k=3時 a1,a4,a7。

     4: 若{an}是等比數列,則arar+1, ar+2ar+3, ar+4ar+5仍然成等比數列。

                                     比如:r=1時  則數列 a1a2,  a3a4,  a5a6成等比數列。

     5:  若{an}是等比數列,則ar+ar+1,   ar+s+ar+s+1,   ar+2s+ar+2s+1 仍成等比數列。

                                     比如:r=1,s=10 則數列 a1+a2, a11+a12, a21+a22成等比數列。

     6:  若{an}是等比數列,Sn是前n項和,則Sk,S2k-Sk,S3k-S2k仍成等比數列,公比為qk

 

四:幾種模型問題

    1: 我們知道an/an-1=q(常數)時就認為{an}是等比數列,當q=bn時該如何處理,其實模型為an/an-1=bn

          證明:    an/a1=(an/an-1)*(an-1/an-2)*(an-2/an-3)....*(a2/a1)

                =>   an/a1=bn*bn-1*bn-2......b1

                =>   an=a1*(b1b2b3...bn)

               則:          

    2: 當數列的遞推模型為an=b1an-1+b2an-2,可以看出我們現在要研究的是an,  an-1,  an-2之間的遞歸關系。

        這種模型可以瞬間秒殺“斐波那契數列問題”。

       求解過程如下:

       ①:  將an,an-1,an-2替換成x2,x,1

              則得 x2=b1x+b2,該方程也就是{an}的二階特征方程,然后解出特征根x1,x2

       ②: 

              然后將a1,a2代入an后得到一組二元一次方程,求出c1,c2,最后得到an的通項公式。

 

五:幾個小實際應用 

     1: 斐波那契問題 

           具體細節就不說了,我們直接看它的遞歸公式,當a1=1,a2=1, an=an-1+an-2

解答: 我們用特征方程

         首先將an,an-1,an-2替換成x2,x,1,則得到{an} 的一個二階特征方程為:

         x2=x+1   ①

         由①得(求根公式)

                        x1=(1-√5)/2  

                        x2=(1+√5)/2

        因為x1!=x2,則

                       an=c1[(1-√5)/2]n+c2[(1+√5)/2]n   ②

         又因為a1=a2=1,則

                       c1[(1-√5)/2]+c2[(1+√5)/2]=1        ③

                       c1[(1-√5)/2]2+c2[(1+√5)/2]2=1     ④

         求解方程得

                     c1=-(√5/5)

                     c2=(√5/5)

         將c1,c2代入②式可得

       an= (-(√5/5)[(1-√5)/2])n+(√5/5)*[(1+√5)/2]n

好了,我們知道通項公式了,想怎么秒殺就怎么秒殺了。


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