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关键词: 数列 数列通项 叠加法 累乘法
数列在高中数学中占有非常重要的地位,每年高考都会出现数列方面的试题,一般分为小题和大题两种题型,求数列的通项公式是常考的一个知识点,也是数列的一个难点,因此掌握好数列的通项公式求法不仅有利于掌握好数列知识,更有利于在高考中取得好成绩.本文介绍了中学数学中有关巧求数列通项公式的方法.
1.数列的有关概念
数列的定义:按一定次序排列的一列数叫做数列(sequence of number),如1,2,4,6,…
数列的项:数列中的每个数都叫做这个数列的项(term).各项依次叫做这个数列的第1项(或首项),第2项,…,第n项,….
数列的通项公式:如果数列{a}的第n项与项数之间的关系可以用一个公式表示,那么这个公式就叫做这个数列的通项公式(the formula of general term).
等差数列的概念及通项公式:从数列的第二项起,每一项减去前一项所得的差都等于同一个常数,这样的数列称为等差数列,这个常数叫公差,一般用d表示,其通项公式为:a=a+(n-1)d .
等比数列的概念及通项公式:如果一个数列,从第二项起,每一项与其前一项的比等于同一个常数,这样的数列称为等比数列,这个常数叫公比,一般用q表示,其通项公式为:a=aq.
2.巧求数列通项公式的几种方法
数列的通项公式的求法是数列这章的难点,下面我就简单递推数列的通项公式的做法做一些介绍.
2.1叠加法
对于形如a=a+f(n)型的数列,可用叠加法求出通项公式.
例1 已知数列{a}满足a=a+n,a=1,求a.
解析:由a=a+n得:a-a=n,于是有:
a=(a-a)+(a-a)+(a-a)+…+(a-a)+(a-a)+a
=(n-1)+(n-2)+(n-3)+…+2+1+a
=1+
所以通项公式为:a=1+.
2.2 累乘法
对于形如a=a・f(n)型的数列,可用此法.
例2 已知数列{a}满足na=(n+1)a,a=4,求a.
解析: a=・・・…・・・a
=・・・…・・・・a
=×4
=2(n+1)
所以通项公式为a=2(n+1).
2.3 转化为等差数列的求法
对于形如a=ra+r的数列,运用乘、除、去分母、添项、去项、取对数、待定系数等方法,将递推公式变形为f(n+1)-f(n)=A(其中A为常数)形式,根据等差数列的定义知f(n)是等差数列,根据等差数列的通项公式,先求出f(n)的通项公式,再根据f(n)与a的关系,从而求出a的通项公式.
例3:已知数列{a}满足a=2a+2,a=2,求a.
解析:由a=2a+2两边除以2,可化为:
=+1,
设b=,则b=b+1,b=1,根据等差数列的定义知,数列{b}是一个以1为首项,1为公差的等差数列,根据等差数列的通项公式可得:b=1+(n-1)・1,
由b=可得a=n・2,
所以数列的通项公式为:a=n・2.
2.4 转化为等比数列的求法
形如a=ca+d(d为常数)型的数列,运用乘、除、去分母、添项、去项、取对数、待下系数等方法,将递推公式变形为f(n+1)=Af(n)(其中A为非零常数)形式,根据等比数列的定义,求出f(n)的通项公式,再根据f(n)与a的关系,求出的通项公式.
例4:已知数列{a}满足a=2a+3,a=1,求a.
解析:设a+x=2(a+x),对比原式得出,x=3,
设b=a+3,则b=4,说明{b}是一个以4为首项,2为公比的等比数列.
根据等比数列的通项公式得, b=4・2=2,
所以,数列通项公式为a=2-3.
2.5 转化后可用叠加法
对于形如a=a・q的数列,先转化,再用叠加法求通项公式.
例5:已知数列{a}中,a=1,a=a・2,求{a}的通项.
解析:由a=a・2,两边取对数,得:
lga=lga+nlg2
lga=(lga-lga)+(lga-lga)+…+(lga-lga)+lga
lga=(n-1)lg2+(n-2)lg2+…+lg2+lg1
=lg2[(n-1)+(n-2)+…+1]
=lg2・
=lg2
a=10=2
注:此题若取以2为底的对数更简单.
3.结语
对于数列求通项问题,首先看是不是等差或等比数列,如果是直接用公式求解,再看是否可以用叠加法和累乘法,然后再看能否转换为等差或等比数列,再复杂点的就先转化再叠加求通项公式.
1.明确等差数列的定义.
2.掌握等差数列的通项公式,会解决知道中的三个,求另外一个的问题
3.培养学生观察、归纳能力.
教学重点
1.等差数列的概念;
2.等差数列的通项公式
教学难点
等差数列“等差”特点的理解、把握和应用
教学方法
启发式数学
教具准备
投影片1张(内容见下面)
教学过程
(I)复习回顾
师:上两节课我们共同学习了数列的定义及给出数列的两种方法——通项公式和递推公式。这两个公式从不同的角度反映数列的特点,下面看一些例子。(放投影片)
(Ⅱ)讲授新课
师:看这些数列有什么共同的特点?
1,2,3,4,5,6;①
10,8,6,4,2,…;②
③
生:积极思考,找上述数列共同特点。
对于数列①(1≤n≤6);(2≤n≤6)
对于数列②-2n(n≥1)
(n≥2)
对于数列③(n≥1)
(n≥2)
共同特点:从第2项起,第一项与它的前一项的差都等于同一个常数。
师:也就是说,这些数列均具有相邻两项之差“相等”的特点。具有这种特点的数列,我们把它叫做等差数。
一、定义:
等差数列:一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与空的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,通常用字母d表示。
如:上述3个数列都是等差数列,它们的公差依次是1,-2,。
二、等差数列的通项公式
师:等差数列定义是由一数列相邻两项之间关系而得。若一等差数列的首项是,公差是d,则据其定义可得:
若将这n-1个等式相加,则可得:
即:即:即:……
由此可得:师:看来,若已知一数列为等差数列,则只要知其首项和公差d,便可求得其通项。
如数列①(1≤n≤6)
数列②:(n≥1)
数列③:(n≥1)
由上述关系还可得:即:则:=如:三、例题讲解
例1:(1)求等差数列8,5,2…的第20项
(2)-401是不是等差数列-5,-9,-13…的项?如果是,是第几项?
解:(1)由n=20,得(2)由得数列通项公式为:由题意可知,本题是要回答是否存在正整数n,使得-401=-5-4(n-1)成立解之得n=100,即-401是这个数列的第100项。
(Ⅲ)课堂练习
生:(口答)课本P118练习3
(书面练习)课本P117练习1
师:组织学生自评练习(同桌讨论)
(Ⅳ)课时小结
师:本节主要内容为:①等差数列定义。
即(n≥2)
②等差数列通项公式(n≥1)
推导出公式:(V)课后作业
一、课本P118习题3.21,2
二、1.预习内容:课本P116例2—P117例4
2.预习提纲:①如何应用等差数列的定义及通项公式解决一些相关问题?
②等差数列有哪些性质?
板书设计
课题
一、定义
1.(n≥2)
一、通项公式
线性递推数列: 形如 型
对策:等价转化为: 从而化为等比数列{ },并且该数列以 为首项,公比为p
例1、已知数列 满足 求数列 的通项公式.
解:
是以 为首项,2为公比的等比数列
即
变式1:
对策:(1)若p=q,则化为 ,从而化为以 为首项,公差等于r的等差数列{ }
(2)若p≠q,则化为 ,进而转化为线性递推数列型求通项
例2、已知数列{ }满足 求及 .
解析:
令 ,则
{ +1}是以首项为 ,公比为2的等比数列
得数列{ }的通项公式为
变式2:
对策:等价转化为: ,再化为 ,对照系数,解出x,y,进而转化为线性递推数列型
例3、已知数列{ }中, , )在直线y=x上,其中n=1,2,3….
求数列
解析: )在直线y=x上
①
令 ,可化为:
与①比较系数得
①可化为:
变式3、 型
对策:取倒数后得 ,化为线性递推数列型
例4、已知数列{ }满足a1=1, ,求
解析:由 ,得
即: ,以下请读者解决。
变式4、
对策: 两端除以 得:
(1)若 ,则构成以首项为 ,公差为 的等差数列{ };
例5、已知数列{ }满足 时, ,求通项公式 。
解:
,数列{ }是以首项 ,公差为2的等差数列
关键词:高考题; 通项公式; 初等数学; 高等数学; 递推式; 解法
数列在中学数学中既具有相对的独立性,又具有较强的综合性,它是初等数学与高等数学的一个重要衔接点,因此历年高考中占有较大比重。在选择、填空题中突出“小、巧、活”的特点;在解答题中,常以一般数列为载体,重点放在数学思想方法的考查,放在对思维能力以及创新意识和实践能力的考查上,其中求通项公式即为历年高考考查的重点之一,下面介绍一些中学数学数列通项公式的一些常见解法。
一、观察、推理法
根据数列前n个项求通项时,所求通项公式通常不是唯一的,常用观察、推理法求解,通过观察 与n之间的关系,用归纳法写出一个通项公式,体现了由特殊到一般的思维规律。
例.求出下列数列的通项公式
1、数列是一种特殊的函数,复习时要善于利用函数的思想来解决;
2、运用方程思想解等差(比)数列,是常见题型,解决此类问题需要抓住基本量 ,掌握好设未知数、列出方程、解方程三个环节,常通过“设而不求,整体代换”来简化运算;
3、分类讨论思想在本章尤为突出,复习时考虑问题需全面,如等比数列的 两种情况等;
4、等价转化是数列的常用解题思想,如 的转化,将一些数列转化成等差(比)数列来解决,复习时,要及时总结归纳。
5、深刻理解等差(比)数列的定义,能正确使用定义和等差(比)数列的性质是学好本节的关键。
6、理科数列考查分析问题、解决问题能力的综合题,常蕴含着考要的数学思想方法(如:分类讨论思想、函数与方程的思想、化归转化思想、换元法、构造(或建模)法等).难度有逐年上升趋势,复习中应注意加强数列与其它知识的联系与交汇内容的强化。
参考文献
[1]《中学教研:数学版》[].2009年第1期
[2] 杜丽英.《走向高考》[C].2006.4
[3]《数学辅导报人教高考版》[N]. 2009.5
例1 已知数列{an}满足
a1=33,an+1-an=2n,则
ann的最小值为.
解析:an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1=2[1+2+…(n-1)]+33=33+n2-n,
所以ann
=33n+n-1.
设f (x)=33x+x-1,令
f ′(x)=
-33x2+1,则
f (x)在
(33,+∞)上是单调递增,在
(0,33)上是递减的.
因为n∈N+,所以当n=5或6时 有最小值.
又因为a55
=535
,a66
=212,而535
>212
,
所以ann的最小值为
a66=212.
小结:形如an+1-an=f (n)类型
①当f (n)为n的函数时(如例1)求通项是采用迭加法.
②当f (n)为常数时,即
an+1-an=d,此时数列{an}为等差数列,
an=a1+(n-1)d.
类型二 利用迭乘法求数列通项
例2 在数列{an}中,
a1=1,
(n+1)・an+1=n・an,求an的表达式.
解:由
已知得an+1an
=nn+1.
ana1=
a2a1・
a3
a2・a4a3・
…・anan-1
=12・23
・34・…・n-1n=
1n,
所以an=1n.
小结:形如an+1=f (n)・an类型
① 当f (n)为n的函数时(如例2)求通项是采用迭乘法.
② 当f (n)为常数时,即
an+1an=q(q≠0),此时数列{an}为等比数列,
an=a1qn-1.
类型三 利用an与Sn的关系求数列通项
若已知数列的前n项和 Sn,求数列{an}的通项an,可用公式
an=
S1(n=1),
Sn-Sn-1(n≥2)
求解.
例3
(2012年江西理16题)已知数列{an}的前n项和
Sn=-12n2+kn(其中k∈N*),且
Sn的最大值为8.
(1)确定常数k,求an;(2)略
解:因为
Sn=-12n2+kn=-12
(n-k)2+12k2,
所以当n=k∈N*时,Sn取最大值,即
8=Sk=-12
k2+k2=12k2,
故k2=16.又k∈N*,则k=4,
即Sn=-12n2+4n.
当n=1时,a1=S1=72 ;
当n≥2时, an=Sn-Sn-1=
92-n,
因为n=1适合n≥2的情况,则
an=92-n.
小结:利用an与Sn的关系求数列通项时,注意要先分n=1和
n≥2两种情况分别进行运算,然后验证能否统一.
类型四 引入参数构造新数列求数列通项
1.形如:an+1=kan+d(k≠1,k≠0,d≠0)类型求数列通项
例4 (根据2014新课标卷二Ⅱ17题改编):已知数
{an}的递推关系为
an+1=2an+1
且a1=1,求通项an.
解:因为an+1=2an+1
(an+1+λ)=2(an+λ),所以λ=1.
所以an+1+1=2(an+1).令bn=an+1,
则数列{bn}是公比为2的等比数列,
所以bn=b1qn-1,即
an+1=(a1+1)qn-1=2n.所以an=2n-1.
2.形如
an+1=kan+qn(k≠0且k≠1;q≠0,且q≠1)类型求数列通项
例5 (2012年广东理19)设数列{an}的前n项和为Sn,满足
2Sn=an+1-2n+1+1,n∈N*, 且
a1,a2+5,a3成等差数列.
(1)求a1的值;(2)求数列{an}的通项公式;(3)略.
解:(1)在
2Sn=an+1-2n+1+1中,
令n=1得:2S1=a2-22+1a2=2a1+3. ①
令n=2 得:2S2=a3-23+1a3=2(a1+a2)+7. ②
又因为a1,a2+5,a3成等差数列,则2(a2+5)=a1+a3 ③
解①②③得,
a1=1,a2=5,a3=19.
故a1=1.
(2)由2Sn=an+1-2n+1+1. ①
令n-1代替n得:n≥2时,2
Sn-1=an-2n+1. ②
①-②得:n≥2时, an+1=3an+2n对n∈N*成立,
所以an+1+2n+1=3(an+2n).
令bn=an+2n,故上式化为
bn+1=3bn(n≥2),
所以数列{bn}是以b2=a2+22=9为首相,公比为3的等比数列.
故bn=b2×3n-2=3n(n≥2),
所以an+2n=3n,所以an=3n-2n(n≥2),
又a1=1也满足an=3n-2n,
故an=3n-2n.
类型五 取倒数法求数列通项
例6 数列{an}满足
a1=1,an+1=anan+1,求
an.
解:因为an+1=an
an+1,
所以1an+1=
an+1an=
1an+1.
设bn=1an,则
bn+1=bn+1.
故{bn}是以
b1=1a1=1为首项,1为公差的等差数列.
所以bn=1(n-1)=n,所以an=1bn
=1n.
小结:数列递推关系形如
an+1=ranpan+q(p、q、r是不为0的常数)时,一般采用取倒数法求通项公式.
注:取倒数求通项的题型还有以下变形.
例7 数列{an}满足
a1=2,
an+1・an+3・an+1=an,求an.
解:
an+1・an+3・an+1=an等式两边同时除以
an+1・an得
1+31an
=1an+1.令 bn=
1an
,则 1+3・bn=bn+1.
参考例4,易得bn=3n-1
-12,
故an=1bn
=22×3n-1
-1.
例8 (2014年安徽(文)18题改编) 数列
{an}满足
a1=1,nan+1=(n+1)an+n(n+1),n∈N*),
求数列{an}的通项公式.
解:因为nan+1=(n+1)an+n(n+1),两边同时除以
n(n+1)变形为
an+1n+1
=ann
+1.
所以{ann}为等差数列,
a11=1为首项,1为公差,
ann
=n,an=n2.
类型六 取对数法求数列通项
例9 数列{an}满足
an>0,且a1=3,an+1=a2n,求
an.
解: 因为an>0,所以an+1=a2n
两边取以10为底的对数得: lgan+1=2lgan.
令bn=lgan,则
bn+1=2bn,
数列{bn}是以lg3为首项,2为公比的等比数列,
所以bn=lg3・2n-1.
故
an=10bn
=(10lg3)2n-1
=32n-1,
即 an=32n-1.
小结:数列递推关系形如
an+1=parn(p、r为常数,且p>0,an>0)时,求通项公式一般采用两边取对数法.
类型七 解方程法求数列通项
例10 已知:函数f (x)=log2x-logx2 (0
f (2an)=2n,求an.
解:由f (2an)=2n可得
log22an -log2an2=2n,
an-1an=2n,
a2n-2nan-1=0.
由求根公式得,an=n±n2+1 .
因函数f (x)的定义域为0
1、形如an+1-an=f(n)
例1在数列{an}中,a1=,an+1=an+,求an(累加法)
解:由已知得,an+1-an==(-)
令n=1,2,3,…,代人后(n-1)个等式,累加,即
(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)=[(1-)+(-)+…+(-)]
an-a1=(1-)
an=1-=
练习:已知数列an满足a1=3,an+1=an+n,求an
解:由已知得,an-an-1=n-1,an-1-an-2=n-2,……a2-a1=1累加得
an-a1=(n-1)+(n-2)+……+2+1
an=n2-n+3
2、形如=f(n) 方法:累积法
例2在数列{an}中,a1=2,an+1=an求通项公式an
解:a1=2,an+1=an
=,=…=
以上(n-1)个等式左右两边分别相乘得
=n,即an=2n且n=1时,a1=2也适合上式
an=2n
练习:a1=1,sn=求通项公式
解:由sn= ①
得2sn=(n+1)an(n≥1)
2sn-1=nan-1 ②
①-②得2an=(n+1)an-nan-1即=(n≥2)
累积法得an=n(n∈N)
3、形如an=pan-1+f(n) 方法:构造新数列
例3已知在数列{an}中,a1=,an+1=an+()n+1,求an
解:原式可化为2n+1an+1=(2nan)+1,令bn=2nan则bn+1=bn+1
于是可得bn+1-bn=(bn-bn-1)
bn=3-2()n
an=3()n-2()n
练习:a1=2,an-1=求通项公式an
解:由an+1=得an+1an+an+1•2n+1=2n+1an?圳-=
累加法得an=
4.形如an+2=pan+1+qan 方法:特征根法
例4在数列{an}中,a1=1,a2=2,an+2=an+1+an,求an
分析:构造方程x2=x+,解得x1=1,x2=-
解:an+2-an+1=an+1+an-an+1=-(an+1-an)
{an+1-an}是公比为-,首项为a2-a1=1的等比数列
an+1-an=(-)n-1
再用累加法得an-a1=(-)0+(-)1+…(-)n-2=
an=1+[1-(-)n-1]
1、通项公式为an=a1q^(n-1)。
2、如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的比等于同一个常数,这个数列就叫做等比数列。这个常数叫做等比数列的公比,公比通常用字母q表示。
3、等比数列公式就是在数学上求一定数量的等比数列的和的公式。另外,一个各项均为正数的等比数列各项取同底数数后构成一个等差数列;反之,以任一个正数C为底,用一个等差数列的各项做指数构造幂Can,则是等比数列。
(来源:文章屋网 )
关键词:数列;求解;方法
中图分类号:G642文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2009)09-0067-01
求数列的通项公式是高中数学教学的重点,是学生学习的难点,也是高考考查的热点。关于数列通项公式的题目多种多样,但是万变不离其宗,求解数列通项公式的常见题型有以下三种:
一、两类特殊数列的通项公式
等差数列和等比数列是数列内容中的两类特殊数列,它们的通项公式是需要掌握的内容。当给出相关题目时可直接求解,主要是利用方程的思想,解出基本量a1, d 和q0
例1.求等差数列-2,a+1,3a+4,……的通项公式.
解:数列为等差数列2(a+1)=-2(3a+4)解得a=0,a+1=1,d=1-(-2=3,)an =a1+(n-1)d=-2(n-1)3=3n-5即an=3m-5 。
二、由递推公式求通项公式
给出递推公式求通项公式是常见题型。求解这类题目往往通过恒等变形转化为等差、等比数列,运用“先猜后证”的方法或者累加、累乘的方法。
(一)形如an+1=pan+q或an+1=pan+f(n)可构造成等差或等比数列
例1.已知数列an中,a1=1,an+1=2an+3(n属于自然数,)求数列an的通项公式。
析:初看起来an既非等差数列,也非等比数列,但似乎和两类特殊数列有些关联,处理此类问题可以通过恒等变形来解决。
解:an+1=2an+3,an+1-3=2(an-3,)把an-3看作一个新数列,则它是一个首项为a1-3=-2,公比为2的等比数列,an-3=(a1-3)qn-1=(-2)2n-1=-2n,
故an=-2n+3
(变式)已知数列an满足an=2an-1+2n-1(n大于等于2),且a4=81。
(1)求a1,a2,a3;
(2)求数列an的通项公式。
解:(1)a1=5,a2=13,a3=33
(2)an=2an-1+2n-1即an-1=2(an-1-1)+2n即 = +1即 =n+1
an=(n+1)2n+1
(二)数学归纳法
例2.已知数列an满足:a1=1,an+1=2an+3*2n-1,计算a2,a3,a4的值,并由此归纳出an的公式,并证明你的结论。
解: a1=1,an+1=2an+3*2n-1,a2=2a1+3+20=2*1+3*20,
a3=2a2+3*21=2*(2*1+3*20)+3*21=22*1+2*3*2,a4=2*(22*1+2*3*2)+3*22=23*1+3*3*22
由此,猜想an=2n-1+(n-1)*3*2n-2(3n-1)下面用数学归纳法证明:(1)当n=1时,a1=20=1,结论成立;(2)假设当n=k时,ak=2k-2(3k-1),则当n=k+1时,ak=2ak+3*2k-1=2k-1(3k-1)+3*2k-1(3k+2)=2(k+1)-2[3(k+1)-1]结论成立,由(1)(2)可知,对n属于自然数,an=2n-2(3n-1)。
(三)累加法
例3.已知数列{an}中,a1=1,对任意自然数n都有
an=an-1+ ,求an
解:由已知得an-an-1= ,an-1-an-2=,……a3-a2= ,a2-a1= ,将上述式子累加,利用 = - 整理可得an-a1= - + - +........+ - = - ,
an=a1+ -
(四)累积法形如an+1=f(n)an,可转化为 ,逐商相乘。
三、由前n项和求通项公式
已知前n项和求通项公式,一般利用数列的性质an=s1(n=1),an=sn-sn-1(n大于等于2)求解,运算时需检验首项与第二项起的通项公式是否一致,若一致则化为一个式子表示,若不一致则分段表示。通常把Sn转化为以上类型求解。
例4.设数列an由正数组成,其前n项和为Sn,且对于所有的正整数n,有an=2 -2,,求数列an的通项公式.
解:an=2 -2,sn= ,当n=1时,a1=s1=2,当n大于等于2时,an=sn-sn-1= - ,整理得(an+an-1)(an-an-1-4)=0,数列an由正数组成,an-an-1-4=0,即an-an-1=4,an=a1+(n-1)d=2+(n-1)4=4n-2,经检验,a1也适合上式,故an=4n-2。