課堂探究三項遞推數(shù)列求通項

☉江蘇省石莊高級中學 劉小明

課堂探究三項遞推數(shù)列求通項

☉江蘇省石莊高級中學 劉小明

由遞推關系求數(shù)列通項既是數(shù)列一章的重點也是難點，難就難在類型多，技巧性強.其實處理遞推數(shù)列問題的基本思想就是對遞推式進行變換，通過變換把遞推關系轉(zhuǎn)化為等差數(shù)列或者等比數(shù)列.本文以一道課本習題為例展開探究，就其中所涉及的解題思想及常見變化進行歸納梳理，供讀者參考.

一、題目探究

題目（人教A版必修5第77頁習題6）已知數(shù)列{an}，a1=5，a2=2，an=2an-1+3an-2（n≥3），對于這個數(shù)列的通項公式作一研究，能否寫出它的通項公式.

師：前面我們講述了由前后兩項遞推關系求數(shù)列通項公式問題，請同學們回憶一下相關的題型和方法.

生1：（1）an＋1-an＝f（n）型，采用累加法求解.

（3）an+1=pan+q（p、q為常數(shù)），利用待定系數(shù)法，構造等比數(shù)列{an+1+λ}求解.

（4）a＝p·a＋An＋B等價轉(zhuǎn)化為a＋A（n＋1）＋B＝（a＋n＋1nn＋1nAn＋B），利用待定系數(shù)法求出A，B后，進而轉(zhuǎn)化為等比數(shù)列求解．

（5）an+1=pan+rqn（p、q為常數(shù)，p≠0，p≠1，q≠1，r≠0），此類問題常見的解法是兩邊同除以qn+1，轉(zhuǎn)化為類型（3）.

師：給出遞推關系求數(shù)列通項公式問題的處理基本原則是什么？

生眾：構造特殊數(shù)列，即等差或等比數(shù)列.

師：本題所給的遞推關系是相鄰三項之間的關系，如何處理？

生2：本題也可以采用構造法：將式an=2an-1+3an-2（n≥3）兩邊同時減3an-1，得an-3an-1=-an-1+3an-2，即得an-3an-1= -（an-1-3an-2），進而得新數(shù)列{an-3an-1}為等比數(shù)列，其首項為-13，公比為-1，所以an+1-3an=-13·（-1）n-1.①

將式①兩邊同時除以（-1）n+1，得-13，即，設，所以b=-3bnn-113，利用待定系數(shù)法可得，所以數(shù)列｝是以為首項，-3為公比的等比數(shù)列，故即所以，所以

師：構思巧妙、過程嚴謹，非常好！還有沒有其他解法？

生3：將等式an=2an-1+3an-2（n≥3）兩邊同時加an-1，得an+an-1=3an-1+3an-2，即得an+an-1=3（an-1+an-2），進而得新數(shù)列{an+an-1}為等比數(shù)列，其首項為a1+a2=7，公比為3，所以an+1+ an=7·3n-1.②

和我們處理過的問題類型不相符……

解題無法繼續(xù).

師：解題中斷于此，有些可惜，能否轉(zhuǎn)化解決？

生4：可以將生2、生3的解法結合起來.

將等式an=2an-1+3an-2（n≥3）兩邊同時減3an-1，得an-3an-1=-an-1+3an-2，即得an-3an-1=-（an-1-3an-2），進而得新數(shù)列{an-3an-1}為等比數(shù)列，其首項為-13，公比為-1，所以an+1-3an=-13·（-1）n-1.②

二、探究解題通法

師：通過上面兩種構造方法，請總結一下此類問題的通法.

生5：有些問題不易直接觀察出構造方法，可借助待定系數(shù)法求解.

由已知所給遞推關系，可設an+xan-1=y（an-1+xan-2），整理得an=（y-x）an-1+xyan-2，對照已知遞推關系得解得或以下同上.

待定系數(shù)法的原理其實是構造法，即將所給遞推關系構造為特殊的等差或等比數(shù)列，進而利用等差或等比數(shù)列通項公式求解.形如an+2=pan+1+qan（其中p，q為非零常數(shù)）型，可直接構造新數(shù)列求解.有些問題通過移項、重新組合即可構造出特殊數(shù)列，如數(shù)列{an}中，a1=8，a4=1，且滿足an+2-2an+1+an=0，求數(shù)列的通項公式.

由an+2-2an+1+an=0，得an+2-an+1=an+1-an，所以{an+1-an}為常數(shù)列，即{an}是以a1為首項的等差數(shù)列，設an=a1+（n-1）d， a4=a1+3d，所以，即a=10-2n．n

三、變換問題背景

變式1（2015年廣東）設數(shù)列{an}的前n項和為Sn， n∈N*．已知，且當n≥2時，4S+5S=n+2n8Sn+1+Sn-1．

（2）求數(shù)列{an}的通項公式．

生6：由4Sn+2+5Sn=8Sn+1+Sn-1得4Sn+2-4Sn+1+Sn-Sn-1=4Sn+1-4Sn（n≥2），即4an+2+an=4an+1，移項得4an+2-2an+1=2an+1-an，即又因為，所以｝是以1為首項，為公比的等比數(shù)列.

師：利用an=Sn-Sn-1（n≥2）將已知式轉(zhuǎn)化為4an+2-2an+1= 2an+1-an，此式為數(shù)列相鄰三項之間的關系，通過兩兩組合構造出等比數(shù)列再將該等比數(shù)列兩邊同時除以將其構造為等差數(shù)列，進而將問題求解.

四、變換問題形式

變式2已知p，q（q≠0）為實數(shù)，方程x2-px+q=0有兩個實數(shù)根α，β，數(shù)列{an}滿足a1=p，a2=p2-q，an=pan-1-qan-2（n=3，4，…），求數(shù)列{an}的通項公式.

生7：由根與系數(shù)的關系得α+β=p，αβ=q≠0，則由an= pan-1-qan-2，得an=（α+β）an-1-αβan-2，即an-βan-1=α（an-1-βan-2）.

又因為a2-βa1=（p2-q）-βp=（α+β）2-αβ-β（α+β）=α2，則an+1-βan=（a2-βa1）αn-1=αn+1.①

同理an+1-αan=βn+1.②當Δ=p2-4q=（α-β）2=0時，α=β，則，則數(shù)列｝是等差數(shù)列，則，則an=（n+1）βn.

當Δ=p2-4q=（α-β）2≠0時，α≠β，①-②得（α-β）an= αn+1-βn+1，則

師：本題以二次方程為背景，融數(shù)列運算于方程運算之中，體現(xiàn)了知識的交會與整合.如果一個一元二次方程有兩個根，可能是兩個不相等的根，也可能是兩個相等的根，故求解過程中應對此進行分類討論，從而使問題的解答更加完整.對三項遞推關系進行重新、構造，是本題得解的關鍵步驟.

五、變換求解方法

變式3已知數(shù)列{an}中，Sn是其前項n和，若a1=1，a2= 2，anan+1an+2=an+an+1+an+2，且an+1an+2≠1，則a1+a2+a3=_______，S2015=________.

師：本題遞推關系中含三項乘積形式，不宜采用構造法求解，需另辟途徑.

生8：將a1=1，a2=2，代入anan+1an+2=an+an+1+an+2中，得1× 2a3=1+2+a3，解得a3=3.所以a1+a2+a3=6.

同理2×3a4=2+3+a4，a4=1，a5=2，a6=3，……

即數(shù)列{an}的周期為3，所以S2015=671（a1+a2+a3）+（a1+ a2）=671×6+1+2=4029.

師：將a1，a2的值代入遞推關系后，依次可得出a3，a4，a5，…，進而得出數(shù)列的周期，是問題順利得解的關鍵.在處理一些陌生的數(shù)列問題時，開始沒有任何思路的情況下，可利用遞推關系順次求出部分項后，尋找各項之間的關系，大多能找到解題思路.F