我們一般用數(shù)列的第n項來表示數(shù)列的通項公式,該式是一個關(guān)于n的式子.求數(shù)列的通項公式的途徑很多,如利用[Sn]與[an]之間的關(guān)系、累加(乘)法、構(gòu)造法等.筆者對其中三種途徑進(jìn)行了總結(jié),下面作詳細(xì)的介紹.
一、利用[Sn]與[an]之間的關(guān)系
當(dāng)遞推關(guān)系式中含有[Sn]和[an]時,可以考慮利用[Sn]與[an]之間的關(guān)系:[an=S1,n=1,Sn-Sn-1,n≥2,]來求數(shù)列的通項公式.首先令[n=1],求出首項[a1]的值;然后分別求得[Sn]、[Sn-1]的表達(dá)式,并將兩者作差得[an=Sn-Sn-1];最后化簡,即可求出數(shù)列的通項公式.
例1.已知數(shù)列[an]的前[n]項和為[Sn],且[Sn=2an+1],求數(shù)列[an]的通項公式.
解:令[n=1],由[Sn=2an+1]可得[a1=S1=2a1+1],即[a1=-1].
當(dāng)[n≥2]時,由[Sn=2an+1]可得[Sn-1=2an-1+1],
根據(jù)[Sn]與[an]之間關(guān)系可得,[an=Sn-Sn-1=2an+1-2an-1+1=2an-2an-1],
即[an=2an-1],
所以[an]是首項為[a1=-1],公比為[q=2]的等比數(shù)列.
由等比數(shù)列的通項公式可得[an=-1×2n-1=-2n-1].
已知關(guān)系式[Sn=2an+1]中含有[Sn]和[an],需用[Sn]與[an]的關(guān)系解題,首先求出[a1];然后將[Sn]、[Sn-1]作差并化簡,得出[an=2an-1],即可發(fā)現(xiàn)[an]為等比數(shù)列,便可根據(jù)等比數(shù)列的通項公式求得數(shù)列[an]的通項公式.
二、累加(乘)法
當(dāng)數(shù)列的遞推關(guān)系形如[an+1-an=f(n)]時,可以考慮用累加法求通項公式,即[a1+f(1)+f(2)+…+f(n-1)=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)=an(n≥2,n∈N+).]當(dāng)遞推關(guān)系形如[an+1an=f(n)]時,可以用累乘法求通項公式,即[f(1)?f(2)?…?f(n-1)=a1?a2a1?a3a2?…?anan-1=an.]
例2.在數(shù)列[an]中,[a1=1],若[an-an-1=n-1],求數(shù)列[an]的通項公式.
解:由[an-an-1=n-1]可得[an-an-1=n-1],[an-1-an-2=n-2],[…],[a3-a2=2],[a2-a1=1],
將上述式子累加可得[an-a1=1+2+3+…+(n-1)=[1+(n-1)](n-1)2],
由[a1=1]得[an=n2-n+22].
[an-an-1=n-1]形如[an+1-an=f(n)],于是運(yùn)用累加法,將n=1,2,3,…,n-1時的這[n-1]個式子累加,即可求得當(dāng)[n≥2]時[an]的表達(dá)式.
三、構(gòu)造法
對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的遞推關(guān)系式,可以試著轉(zhuǎn)換思路,構(gòu)造一個輔助數(shù)列,如此就可以將復(fù)雜問題變?yōu)槲覀兪煜さ牡炔?、等比?shù)列的通項公式問題,從而順利解題.
例3.在數(shù)列[an]中,[a1=1],[an+1=2an+5],求數(shù)列[an]的通項公式.
解:令[an+1+t=2(an+t)],則[an+1=2an+t];
由[an+1=2an+5]可知[t=5],
則數(shù)列[{an+5}]是以[a1+5=6]為首項,[2]為公比的等比數(shù)列,
所以[an+5=6?2n-1],則[an=3?2n-5].
由[an+1=2an+5]可知[an]既不是等差數(shù)列,也不是等比數(shù)列,很難采用常規(guī)方法求得數(shù)列的通項公式,于是引入?yún)?shù)[t],構(gòu)造出等比數(shù)列[{an+5}],通過求該等比數(shù)列的通項公式求得問題的答案.一般地,對于形如[an+1=pan+q]([p]、[q]為非零常數(shù))的遞推關(guān)系式,可以構(gòu)造出輔助數(shù)列[{an+t}],用構(gòu)造法求出數(shù)列[an]的通項公式.
通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),數(shù)列的遞推關(guān)系式多種多樣,但我們只要將其合理變換,就可以將問題轉(zhuǎn)化為我們熟悉的、簡單的形式,從而快速求出數(shù)列的通項公式.