用不动点法求数列通项的一点几何意义

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不动点法解决数列通项公式的适用条件

不动点法解决数列通项公式的适用条件

不动点法解决数列通项公式的适用条件
要使用不动点法解决数列通项公式,首先需要确定数列的递推关系式。

数列的递推关系式
描述了数列中每一项与前一项之间的关系,通常用一个公式来表示。

例如,Fibonacci数
列的递推关系式为:$F(n) = F(n-1) + F(n-2)$,其中$F(n)$表示第n个Fibonacci数。

在确定了数列的递推关系式之后,我们可以构造一个基于该递推关系式的函数。

这个函数
通常会包含一个参数,表示数列中的项数。

例如,对于Fibonacci数列,我们可以定义一
个函数$f(n) = f(n-1) + f(n-2)$,其中$f(n)$表示第n个Fibonacci数。

接下来,我们需要找到这个函数的不动点。

不动点就是满足$f(x) = x$的点,即在这个点上
函数的值不会发生变化。

通过迭代的方式,我们可以逼近这个不动点,从而得到数列的通
项公式。

不动点法的适用条件主要取决于数列的递推关系式和函数的性质。

在一般情况下,不动点
法适用于具有良好递推性质的数列,即数列中的每一项都能够通过前一项和前两项来计算。

此外,函数的性质也会影响不动点法的适用性,例如函数的连续性、单调性等。

总的来说,不动点法是一种有效的求解数列通项公式的方法。

通过寻找函数的不动点,我
们可以得到数列的解析表达式,从而更好地理解数列的性质和规律。

在实际应用中,不动
点法可以用于解决各种数学问题,如概率论、统计学等领域的数列求解。

斐波那契数列的通项求法不动点法

斐波那契数列的通项求法不动点法

斐波那契数列是一个非常著名的数列,它由如下的递归关系定义:F(0) = 0,F(1) = 1,F(n) = F(n-1) + F(n-2) 对于n >= 2。

对于这个数列的通项公式(即直接计算第n项的公式而不需要计算之前所有项的值),存在一个非常著名的公式,称为Binet公式:F(n) = (φ^n - ψ^n) / √5,其中,φ= (1 + √5) / 2 约等于1.618033988749895...(黄金分割比),ψ = (1 - √5) / 2 约等于-0.618033988749895...。

这两个数实际上是方程x^2 - x - 1 = 0 的两个解。

不动点法是求解具有递归关系的数列通项的一种方法,它基于的思想是寻找一个函数的不动点(这里的不动点指的是满足f(x) = x的点),这在函数迭代和分形理论中非常常见。

但是,必须说明的是,斐波那契数列的通项公式并不是通过不动点法得出的。

不动点法在斐波那契数列的直接计算中并不是标准做法。

在数学中,不动点通常是指在迭代过程中不会改变的点。

例如,对于某个函数f(x),如果存在x*使得f(x*) = x*,则称x*为f的不动点。

但是对于斐波那契数列,我们通常不使用不动点法来求取其通项公式,因为现有的递推关系和Binet公式已经非常简洁且易于计算。

为了计算斐波那契数列的项,我们通常依赖于递归计算、Binet公式或者使用动态规划这类编程技术来避免重复计算已求出的项。

这些方法在实践中更加常见和有效。

要理解不动点的概念,一个简单的例子就是函数f(x) = x^2。

假设我们想要找到满足f(x) = x 的x值,我们可以简单求解方程x^2 = x,得到两个解x=0和x=1。

其中0和1就是这个函数的不动点。

不过这个例子和斐波那契数列的求解并没有直接关联。

总的来说,斐波那契数列的通项是通过数学推导得出的Binet公式,而不是通过不动点法,后者在其他类型的问题中更为常见,特别是在分析动态系统和迭代函数时。

不动点求数列通项原理

不动点求数列通项原理

不动点求数列通项原理,也叫做“不动点法”,是数学中一种重要的递推方法。

它可以帮助我们求出任意一个等差数列的通项公式。

不动点求数列通项原理的基本思想是:假如一个等差数列的前两项分别为a1和a2,那么它的通项公式可以写为a1+n(a2-a1),其中n是从1开始的正整数。

换句话说,不动点求数列通项原理是根据一个等差数列的前两项,以及它们之间的差值,求出它的通项公式。

接下来,我们来看一个具体的例子:假设我们要求一个等差数列的通项公式,它的前两项分别为a1=2,a2=4。

显然,它们之间的差值为a2-a1=2。

根据不动点求数列通项原理,它的通项公式可以写为a1+n(a2-a1)=2+n(2)=2+2n。

以上就是不动点求数列通项原理的基本原理,它可以帮助我们快速求出任意一个等差数列的通项公式。

此外,不动点求数列通项原理也可以应用于求解其他类型的数列,例如等比数列和等比数列。

例如,假设我们要求一个等比数列的通项公式,它的前两项分别为a1=2,a2=4。

那么它的公比为a2/a1=2,根据不动点求数列通项原理,它的通项公式可以写为a1r^(n-1)=22^(n-1)。

综上所述,不动点求数列通项原理是一种非常有用的递推方法,它可以帮助我们快速求出任意一个等差数列、等比数列及其他类型的数列的通项公式。

不动点法求数列通项公式

不动点法求数列通项公式

不动点法求数列通项公式 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020不动点法求数列通项公式通常为了求出递推数列a[n+1]=(ca[n]+d)/(ea[n]+f)【c、d、e、f是不全为0的常数,c、e不同时为0】的通项,我们可以采用不动点法来解.假如数列{a[n]}满足a[n+1]=f(a[n]),我们就称x=f(x)为函数f(x)的不动点方程,其根称为函数f(x)的不动点.至于为什么用不动点法可以解得递推数列的通项,这足可以写一本书.但大致的理解可以这样认为,当n趋于无穷时,如果数列{a[n]}存在极限,a[n]和a[n+1]是没有区别的.首先,要注意,并不是所有的递推数列都有对应的不动点方程,比如:a[n+1]=a[n]+1/a[n].其次,不动点有相异不动点和重合不动点.下面结合不动点法求通项的各种方法看几个具体的例子吧.◎例1:已知a[1]=2,a[n+1]=2/(a[n]+1),求通项.【说明:这题是“相异不动点”的例子.】先求不动点∵a[n+1]=2/(a[n]+1)∴令 x=2/(x+1),解得不动点为:x=1 和 x=-2 【相异不动点】∴(a[n+1]-1)/(a[n+1]+2) 【使用不动点】=(2/(a[n]+1)-1)/(2/(a[n]+1)+2)=(2-a[n]-1)/(2+2a[n]+2)=(-a[n]+1)/(2a[n]+4)=(-1/2)(a[n]-1)/(a[n]+2)∵a[1]=2∴(a[1]-1)/(a[1]+2)=1/4∴{(a[n]-1)/(a[n]+2)}是首项为1/4,公比为-1/2的等比数列∴(a[n]-1)/(a[n]+2)=1/4(-1/2)^(n-1)解得:a[n]=3/[1-(-1/2)^(n+1)]-2◎例2:已知数列{a[n]}满足a[1]=3,a[n]a[n-1]=2a[n-1]-1,求通项.【说明:这题是“重合不动点”的例子.“重合不动点”往往采用取倒数的方法.】∵a[n]=2-1/a[n-1]∴采用不动点法,令:x=2-1/x即:x^2-2x+1=0∴x=1 【重合不动点】∵a[n]=2-1/a[n-1]∴a[n]-1=2-1/a[n-1]-1 【使用不动点】a[n]-1=(a[n-1]-1)/a[n-1]两边取倒数,得:1/(a[n]-1)=a[n-1]/(a[n-1]-1)即:1/(a[n]-1)-1/(a[n-1]-1)=1∵a[1]=3∴{1/(a[n]-1)}是首项为1/(a[1]-1)=1/2,公差为1的等差数列即:1/(a[n]-1)=1/2+(n-1)=(2n-1)/2∴a[n]=2/(2n-1)+1=(2n+1)/(2n-1)例3:已知数列{a[n]}满足a[1]=1/2,S[n]=a[n]n^2-n(n-1),求通项.【说明:上面两个例子中获得的不动点方程系数都是常数,现在看个不动点方程系数包含n的例子.】∵S[n]=a[n]n^2-n(n-1)∴S[n+1]=a[n+1](n+1)^2-(n+1)n将上面两式相减,得:a[n+1]=a[n+1](n+1)^2-a[n]n^2-(n+1)n+n(n-1)(n^2+2n)a[n+1]=a[n]n^2+2n(n+2)a[n+1]=na[n]+2a[n+1]=a[n]n/(n+2)+2/(n+2) 【1】采用不动点法,令:x=xn/(n+2)+2/(n+2)解得:x=1 【重合不动点】设:a[n]-1=b[n],则:a[n]=b[n]+1 【使用不动点】代入【1】式,得:b[n+1]+1=(b[n]+1)n/(n+2)+2/(n+2) b[n+1]=b[n]n/(n+2)即:b[n+1]/b[n]=n/(n+2)于是:【由于右边隔行约分,多写几行看得清楚点】b[n]/b[n-1]=(n-1)/(n+1) 【这里保留分母】b[n-1]/b[n-2]=(n-2)/n 【这里保留分母】b[n-2]/b[n-3]=(n-3)/(n-1)b[n-3]/b[n-4]=(n-4)/(n-2).b[5]/b[4]=4/6b[4]/b[3]=3/5b[3]/b[2]=2/4 【这里保留分子】b[2]/b[1]=1/3 【这里保留分子】将上述各项左右各自累乘,得:b[n]/b[1]=(1*2)/[n(n+1)]∵a[1]=1/2∴b[1]=a[1]-1=-1/2∴b[n]=-1/[n(n+1)]∴通项a[n]=b[n]+1=1-1/[n(n+1)]◎例4:已知数列{a[n]}满足a[1]=2,a[n+1]=(2a[n]+1)/3,求通项.【说明:这个例子说明有些题目可以采用不动点法,也可以采用其他解法.】∵a[n+1]=(2a[n]+1)/3求不动点:x=(2x+1)/3,得:x=1 【重合不动点】∴a[n+1]-1=(2a[n]+1)/3-1 【使用不动点】即:a[n+1]-1=(2/3)(a[n]-1)∴{a[n]-1}是首项为a[1]-1=1,公比为2/3的等比数列即:a[n]-1=(2/3)^(n-1)∴a[n]=1+(2/3)^(n-1)【又】∵a[n+1]=(2a[n]+1)/3∴3a[n+1]=2a[n]+1这时也可以用待定系数法,甚至直接用观察法,即可得到:3a[n+1]-3=2a[n]-2∴a[n+1]-1=(2/3)(a[n]-1)【下面同上】◎例5:已知数列{x[n]}满足x[1]=2,x[n+1]=(x[n]^2+2)/(2x[n]),求通项.【说明:现在举个不动点是无理数的例子,其中还要采用对数的方法.】∵x[n+1]=(x[n]^2+2)/(2x[n])∴采用不动点法,设:y=(y^2+2)/(2y)y^2=2解得不动点是:y=±√2 【相异不动点为无理数】∴(x[n+1]-√2)/(x[n+1]+√2) 【使用不动点】={(x[n]^2+2)/2x[n]-√2}/{(x[n]^2+2)/2x[n]+√2}=(x[n]^2-2√2x[n]+2)/(x[n]^2+2√2x[n]+2)={(x[n]-√2)/(x[n]+√2)}^2∵x[n+1]=(x[n]^2+2)/2x[n]=x[n]/2+1/x[n]≥2/√2=√2∴ln{(x[n+1]-√2)/(x[n+1]+√2)}=2ln{(x[n]-√2)/(x[n]+√2)} 【取对数】∵x[1]=2>√2∴(x[1]-√2)/(x[1]+√2)=3-2√2∴{ln((x[n]-√2)/(x[n]+√2))}是首项为ln(3-2√2),公比为2的等比数列即:ln{(x[n]-√2)/(x[n]+√2)}=2^(n-1)ln(3-2√2)(x[n]-√2)/(x[n]+√2)=(3-2√2)^[2^(n-1)]x[n]-√2=(3-2√2)^[2^(n-1)](x[n]+√2)x[n]-x[n](3-2√2)^[2^(n-1)]=√2(3-2√2)^[2^(n-1)]+√2∴x[n]=√2{1+(3-2√2)^[2^(n-1)]}/{1-(3-2√2)^[2^(n-1)]}◎例6:已知数列{a[n]}满足a[1]=2,a[n+1]=(1+a[n])/(1-a[n]),求通项.【说明:现在举个不动点是虚数的例子,说明有些题目可以采用不动点法,但采用其他解法可能更方便.】求不动点:x=(1+x)/(1-x),即:x^2=-1,得:x[1]=i,x[2]=-i 【相异不动点为虚数,i为虚数单位】∴(a[n+1]-i)/(a[n+1]+i) 【使用不动点】={(1+a[n])/(1-a[n]-i}/{(1+a[n])/(1-a[n]+i}=(1+a[n]-i+a[n]i)/(1+a[n]+i-a[n]i)={(1+i)/(1-i)}{(a[n]-i)/(a[n]+i)}=i(a[n]-i)/(a[n]+i)∵a[1]=2∴{(a[n]-i)/(a[n]+i)}是首项为(a[1]-i)/(a[1]+i)=(2-i)/(2+i),公比为i的等比数列即:(a[n]-i)/(a[n]+i)=[(2-i)/(2+i)]i^(n-1)(a[n]-i)(2+i)=(a[n]+i)(2-i)i^(n-1)2a[n]-2i+ia[n]+1=(2a[n]+2i-ia[n]+1)i^(n-1){2+i-(2-i)(i)^(n-1)}a[n]=2i-1+(2i+1)i^(n-1)a[n]=[2i-1+(2i+1)i^(n-1)]/[2+i-(2-i)i^(n-1)]∴a[n]=[2i-1+(2-i)i^n]/[2+i-(2-i)i^(n-1)]【下面用“三角代换”,看看是否更巧妙一些.】∵a[n+1]=(1+a[n])/(1-a[n])∴令a[n]=tanθ,则a[n+1]=[tan(π/4)+tanθ]/[1-tan(π/4)tan θ]=tan(π/4+θ)∵θ=arctan(a[n]),π/4+θ=arctan(a[n+1])∴上面两式相减,得:arctan(a[n+1])-arctan(a[n])=π/4∵a[1]=2∴{arctan(a[n])}是首项为arctan(a[1])=arctan2,公差为π/4的等差数列即:arctan(a[n])=arctan2+(n-1)π/4∴a[n]=tan[(n-1)π/4+arctan2]。

用不动点法求数列的通项

用不动点法求数列的通项
〔N ’求数列{a。 , }的通项公式.
a, 2 +
证明
由了 ) = x , f (x ) (x 得
口 十b 工 记 + d :2二
x , x Z+ (d 一 )x 一 =0. 所以c a b ( 1 ) 因 为 P ,q 是 不 动 点,所 以 ‘
解作数 , , 程 ) 函f 一 解 f x ( 宁 方பைடு நூலகம் x
二区 a 一 二 二匕 竺 丝 些二鱼 。, 1一P 生 」 一 二 二卫 1 a 一 q C a n一 一q a 一 a。1- a 一 9 亡 c q 一
令k二 二 二 U— 鱼 之, 只
a 一 9‘
。a 二 .: 一P _ , , 1一P a 一
= 纪— . a 二一 q a 二 1 一q 一
定理1 若f (x ) = 二 + b(a 笋0,半1) , a P 是f (x ) 的不动点, 满足递推关系a。 a。 = f (a,1)(n > 1) , 一 则a。 P = a (a,1一 ) , 一 一 p 即 }a, 川是公比 一 为a 的等比 数列. 证明 因 为P 是f (x ) 的不动点, a 十 … P b
例3 已知数列{a。 , = 2, +1= }中 al a。 a:2+2 n 任N ’求数列{a二 , }的通项.
Za 。
十 又n 一

构作函数 f ( x )
x Z+ 2
2x
解 方程
) 1
. 一
1
二:
1
一 十又 一1} n

卫, 化简得a, a + 二

a

( f x ) =x , (x) 的 个不动 为士 (x) 得f 两 点 在.f 授 一 满 定理3 的 条 故 : , 止 拒 足 所有 件, 有 土 二

高考数学复习--不动点法求数列通项

高考数学复习--不动点法求数列通项

即数列
1
an
是公差为
1 2
,首项为
1 a1
1
的等差数列,
所以 1 1 1 n 1 1 n 1
an a1 2
22
an
2 n 1
.
思考:递推函数具有什么结构,能够用取倒数? 是不是递推函数是分式函数都可以取倒数!
典型例题:
变式 1:数列an 中, a1 1
an1
1 2 an
,求 an 的通项公式.
变式 1:数列an 中, a1 1
an1
1 2 an
,求 an 的通项公式.
解:由条件 an1
1 2 an
得: an1 1
1 2 an
1
an 1 2 an
两端同时取倒数得: 1 2 an 1 1 an1 1 an 1 an 1
即数列
1 an
1
是公差为
1
,首项为
1 a1
1
高考数学复习
不动点法求数列通项
知识梳理:函数不动点的定义 函数的不动点是被这个函数映射到其自身的一个点,即如果 x0 ,使 f (x0 ) x0 ,
则称 x0 为 f (x) 的一个不动点.
⑴代数意义:若方程 f (x) x 有实数根 x0 ,则函数 f x 有不动点 x0 .
⑵几何意义:若函数 y f (x) 的图像与 y x 的图像有公共点 (x0 , y0 ) ,则 x0 为 y f (x) 的不动点.
分析:这个题目两端同时取倒数还可以吗?
1 an1 2 an
那么 an1
2an 2 an
为什么能够行?
具有什么结构特点可以取倒数?
an1
1 2 an

不动点法求解数列

不动点法求解数列

不动点法求解数列
不动点法(Fixed-point Iteration)是一种基于迭代的求解数列
的方法。

它的基本思想是通过对式子放大或缩小来求解数列中每一项
的值,并进行小步长的迭代来收敛最终的结果。

首先,我们需要定义数列中每个项的范围,以及要求的精度要求。

然后,我们可以用一定的步长进行不动点迭代,具体的步长可以通过
计算数列中每一项在每一次不动点迭代中的新值,按照一定的规律或
者算法,以便确定下一步应该走多远,当两步之间的距离小于给定的
精度时,便可以确定数列中每一项的值。

值得注意的是,不动点迭代法并不一定适用于所有数列,而且由
于该法利用步长逐渐缩小,因此会耗费较多的时间,而且不容易收敛,有可能导致出现无解的情况。

另外,使用不动点迭代法还需要注意发
散的情况,也就是当迭代步长越来越大时,就会出现数列渐进远离正
确的解的情况。

因此,应用不动点迭代法求解数列时,应该根据数列的特性,合
理选择迭代步长,保证在给定的范围之内可以收敛到解,同时格外注
意发散的情况,以及时间上的消耗。

用不动点法求数列通项

用不动点法求数列通项

用不动点法求数列的通项界说:方程x x f =)(的根称为函数)(x f 的不动点.应用递推数列)(x f 的不动点,可将某些递推关系)(1-=n n a f a 所肯定的数列化为等比数列或较易求通项的数列,这种办法称为不动点法.定理1:若),1,0()(≠≠+=a a b ax x f p 是)(x f 的不动点,n a 知足递推关系)1(),(1>=-n a f a n n ,则)(1p a a p a n n -=--,等于}{p a n -公比为a 的等比数列.证实:因为 p 是)(x f 的不动点ap p b -=-∴由b a a a n n +⋅=-1得)(11p a a p b a a p a n n n -=-+⋅=---所所以}{p a n -公比为a 的等比数列. 定理2:设)0,0()(≠-≠++=bc ad c dcx bax x f ,}{n a 知足递推关系1),(1>=-n a f a n n ,初值前提)(11a f a ≠(1):如有)(x f 两个相异的不动点q p ,,则qa pa k q a p a n n n n --⋅=----11 (这里qca pca k --=)(2):若)(x f 只有独一不动点p ,则k pa p a n n +-=--111 (这里da ck +=2)证实:由x x f =)(得x dcx bax x f =++=)(,所以0)(2=--+b x a d cx(1)因为q p ,是不动点,所以⎪⎩⎪⎨⎧=--+=--+0)(0)(22b q a d cq b p a d cp ⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=qc a bqd q pc a b pd p ,所以q a pa qc a pc a qc ab qd a pc a bpd a qc a pc a qd b a qc a pd b a pc a qdca b aa p d ca b aa q a p a n n n n n n n n n n n n --⋅--=------⋅--=-+--+-=-++-++=------------1111111111)()(令qca pca k --=,则q a p a k q a p a n n n n --=----11(2)因为p 是方程0)(2=--+b x a d cx 的独一解,所以0)(2=--+b p a d cp所以ap cp pd b -=-2,cda p 2-=所以 dca p a cp a d ca ap cp a cp a d ca pd b a cp a p d ca b aa p a n n n n n n n n n +--=+-+-=+-+-=-++=---------111211111))(()()(所以da c p a p a cp a cp d cp a c p a cp d p a c cp a p a d ca cp a p a n n n n n n n ++-=-⋅-++-=-++-⋅-=-+⋅-=-------211)(111111111令da ck +=2,则k pa p a n n +-=--111例1:设}{n a 知足*11,2,1N n a a a a nn n ∈+==+,求数列}{n a 的通项公式 例2:数列}{n a 知足下列关系:0,2,2211≠-==+a a a a a a a nn ,求数列}{n a 的通项公式 定理3:设函数)0,0()(2≠≠+++=e a fex c bx ax x f 有两个不合的不动点21,x x ,且由)(1n n u f u =+肯定着数列}{n u ,那么当且仅当ae b 2,0==时,2212111)(x u x u x u x u n n n n --=--++ 证实: k x 是)(x f 的两个不动点∴fex cbx ax x k k k k +++=2即k k k bx x a e f x c --=-2)()2,1(=k∴222221211222211222122111)()()()()()()()(bx x a e u ex b au bx x a e u ex b au f x c u ex b au f x c u ex b au f eu x c bu au f eu x c bu au x u x u n n n n n n n n n n n n n n n n --+-+--+-+=-+-+-+-+=+-+++-++=--++于是,1121x x 0≠∴方程组有独一解a e b 2,0== 例3:已知数列}{n a 中,*211,22,2N n a a a a nn n ∈+==+,求数列}{n a 的通项.其实不动点法除懂得决上面所斟酌的求数列通项的几种情况,还可以解决如下问题:例4:已知1,011≠>a a 且)1(4162241+++=+n n n n n a a a a a ,求数列}{n a 的通项.解: 作函数为)1(416)(224+++=x x x x x f ,解方程x x f =)(得)(x f 的不动点为 i x i x x x 33,33,1,14321=-==-=.取1,1-==q p ,作如下代换: 逐次迭代后,得:111141414141)1()1()1()1(------+-++=n n n n a a a a a n已知曲线22:20(1,2,)n C x nx y n -+==.从点(1,0)P -向曲线n C 引斜率为(0)n n k k >的切线n l ,切点为(,)n n n P x y .(1)求数列{}{}n n x y 与的通项公式;(2)证实:13521n n nxx x x x y -⋅⋅⋅⋅<< 设p q ,为实数,αβ,是方程20x px q -+=的两个实根,数列{}n x 知足1x p =,22x p q =-,12n n n x px qx --=-(34n =,,…).(1)证实:p αβ+=,q αβ=;(2)求数列{}n x 的通项公式;(3)若1p =,14q =,求{}n x 的前n 项和n S .已知函数2()1f x x x =+-,αβ,是方程()0f x =的两个根(αβ>),()f x '是()f x 的导数,设11a =,1()(12)()n n n n f a a a n f a +=-=',,. (1)求αβ,的值;(2)证实:对随意率性的正整数n ,都有n a α>; (3)记ln(12)n n n a b n a βα-==-,,,求数列{}n b 的前n 项和n S13陕西文21.(本小题满分12分)已知数列{}n a 知足,*11212,,2n n n a a a a a n N ++=∈’+2==. ()I 令1n n n b a a +=-,证实:{}n b 是等比数列; (Ⅱ)求{}n a 的通项公式.山东文20.(本小题满分12分)等比数列{n a }的前n 项和为n S , 已知对随意率性的n N +∈ ,点(,)n n S ,均在函数(0x y b r b =+>且1,,b b r ≠均为常数)的图像上.(1)求r 的值;(11)当b=2时,记1()4n nn b n N a ++=∈ 求数列{}n b 的前n 项和n T。

不动点法求数列

不动点法求数列

不动点法求数列
不动点法求数列通项原理是不动点是使f(x)=x的x值。

1、不动点法是作为求解函数迭代的方法而被研究的。

所以在开始之前,我们先介绍一下递推数列与函数迭代的关系。

如果我们把函数看作从R到R的一个映射,那么不动点经过这一映射之后,还是它本身,就像固定在数轴上“不动”,所以叫作“不动点”。

2、设不动点为x0,则f(x0)-x0=0,即x是f(x)-x0=0的根,所以f(x)-x0因式分解时有x-x0这个因子,对数列有a(n+1)=f(an),两边同时减去不动点x0有a(n+1)-x0=f(an)-x0,f(an)-x0只不过是把x换成了an,所以f(an)-x0有an-x0这个因子,所以a(n+1)-x0=(an-x0)*g (an),减去不动点后两边出现了形式相同的项an-x0,g(an)则相当于公比。

3、数列通项公式(an=f(n))表示的是数列的第n项a与项的序数n之间的关系。

对于一个数列{ an},如果任意相邻两项之差为一个常数,那么该数列为等差数列,且称这一定值差位公差,记为d ;从第一项a1到第n项an的总和,记为Sn。

不动点法求数列的通项(演示文稿)

不动点法求数列的通项(演示文稿)

cn+
c a c
即数列{cn}的递推式总可化为“cn+1=acn+b (a, b 为常数)型” ,又一次运用不动点法求得 数列{cn}的通项,从而求数列{an}的通项。
例3:在数列{a }中,a =1, a
解:令 x= 设 bn=
2x
例3:在数列{an}中,an=1, a n 1 = ,得 x1=x2=0 2x
一、递推式为 an+1=aan+b(a 0,a 1,a,b 均为常数)型的数列
由递推式 an+1=aan+b 总可变形为 an+1- =a(an- )…………………………(1) (1) 式中的 与系数 a,b 存在怎样的关系呢? 由(1)得 an+1=aan+ -a ∴b= -a 即 =a +b…………………………(2) 关于 的方程(2)刚好是递推式 an+1=aan+b 中的 an, an+1 都换成 得到的不动点方程。 令 bn=an- 代入(1)得 bn+1=abn
( a c 2 )( a n 2 ) ca n d a c 1 a c 2
an+1- 2=
a n 1 1 a n 1 2



a n 1 an 2 a c 1 a c 2
令 bn =
a n 1 an 2
有 bn+1=
由 an+1- =
ca n d ( a c )( a n )
( a c )( a n ) ca n d

1 a n 1
d c


c a c

2020高考数学专题复习不动点在数列中的应用

2020高考数学专题复习不动点在数列中的应用

不动点在数列中的应用在高考试题中,数列向所对应函数的不动点收敛的问题,常可以用单调性结合数学归纳法的方法来解决.“不动点”问题虽不是高考大纲的要求,但在函数迭代、力程、数列、解析几何中都有重要的价值和应用,在历年的高考中也经常看到“不动点”的影子。

用“不动点”的方法在学生平时解题中主要是求数列的通项公式、数列的单调性、有界性及收敛性等.1求数列的通项公式定理1 已知数列{}n x 满足()()dcx bax x f x f x n n ++==-,1 ,其中0,0≠-≠bc ad c ,设p 是()x f 唯一的不动点,则数列⎭⎬⎫⎩⎨⎧-p x n 1是一个等差数列. 证明 因为p 是()x f 唯一的不动点,所以p 是方程dcx bax x ++=,亦即p 是一元二次方程()02=--+b x a d cx 的唯一解.得ap cp pd b cda p -=--=2,2 所以()()()()dcx p x pc a dcx apcp x pc a d cx pd b x pc a p d cx b ax p x n n n n n n n n n +--=+-+-=+-+-=-++=---------111211111()()()()px cp a cp d pc a c px cp d p x c pc a p x pc a d cx p x n n n n n n --++-=-++--=--+=------11111111把 cda p 2-=代入上式,得: px d a c p x n n -++=--1121令 d a ck +=2,可得数列⎭⎬⎫⎩⎨⎧-p x n 1是一个等差数列. 在初等数学中经常会遇到求这类问题,已知数列{}n x 的首项,数列的递推关系,求数列的通项,这类问题往往难度很大,通过不定点定理,大大降低了此类问题的难度.例1 若1121,1--=-=n n a a a (*N n ∈,且2≥n )求数列{}n a 的通项公式.解 根据迭代数列121--=n n a a ,构造函数()x x f -=21,易知()x f 有唯一的不动点1=p ,根据定理 可知2,1,1,0=-===d c b a , 则111111-+-=--n n a a 即数列⎭⎬⎫⎩⎨⎧-11n a 是以首项21-,公差为1-的等差数列.则对应的通项公式为()()n n a n -=--+-=-21112111 解得nna n 2123--=又11-=a 也满足上式.所以{}n a 的通项公式为nna n 2123--=. 对于此类形式的数列,已知数列{}n x 满足()()dcx bax x f x f x n n ++==-,1 ,其中0,0≠-≠bc ad c ,求其通项.运用不动点定理,可以简单快捷地解答.即数列⎭⎬⎫⎩⎨⎧-11n a 是以首项1a ,公差为da c+2的等差数列.推论 已知数列{}n x 满足()()b ax x f x f x n n +==-,1 ,其中0≠a ,设p 是()x f 唯一的不动点,则数列{}p x n -是一个公比为a 等比数列例2 若32,111+=-=-n n a a a ,(*N n ∈,且2≥n ),求数列{}n a 的通项公式.解 根据迭代数列321+=-n n a a ,构造函数()32+=x x f ,易知()x f 有唯一的不动点3-=p ,根据推论 可知3,2==b a , 则()()()3231--=---n n a a所以()3231+=+-n n a a所以{}3+n a 是以231=+a 为首项,2为公比的等比数列, 则当2≥n 时,有n n a 23=+, 故32-=n n a 又11-=a 也满足上式.所以{}n a 的通项公式为32-=n n a .在高中阶段,学生在学习了数列之后,经常会遇到已知1a 及递推公式,求数列()n n a f a =+1的通项公式的问题,很多的题目令人感到非常棘手.而不动点定理给出了一个“公式”性的方法——不动点法,应用此法可巧妙地处理此类问题.2 数列的有界性在高考中会经常出现证明数列有界性的问题,不等式问题是高考中的一个难点,数列与不等式结合,使得这类问题更加的棘手了,而不动点定理却给了我们思想上的一个指导,即解决这类问题,我们可以先求出不动点,然后用数学归纳法证明.例3 函数()x x x x f ln -=.数列{}n a 满足()n n a f a a =<<+11,10.证明:11<<+n n a a .分析 函数()x x x x f ln -=的不动点是1=x 显然此题就是要证明数列向不动点1=x 收敛证明 当()1,0∈x 时,()0ln '>-=x x f ,所以()x f 在区间()1,0内是增函数;又101<<a ,所以()()11ln 111121=<-==<f a a a a f a a ;假设k n =时有11<<+k k a a ,因为()x f 是增函数()1,0∈x ,所以()()()111=<<+f a f a f k k ,即121<<++k k a a ,当1+=k n 时结论也成立.故原不等式成立这类问题可以以各种类型的函数与数列为载体.考查导数、单调性、方程的根等问题.对学生综合能力有较高的要求,在2010年的高考中此类问题进一步拓展,又有了一些新变化:利用数列的有界性求含参数列中参数的取值范围.例4 已知数列{}n a 中,nn a c a a 1,111-==+,求使不等式31<<+n n a a 成立的c 的取值范围.解:该数列应该是向其某个不动点收敛.不妨设该不动点为0x ,则有310≤<x ,即方程()x x f =在(]3,1有一个实根.我们继续用不动点的思路方法解决该问题.因为31<<+n n a a 对任意自然数都成立,所以首先应有321<<a a ,可得42<<c . 设()xc x f 1-=,则()x f 是增函数,()+∞∈,0x . 令()x x f =,即01,12=+-=-cx x x xc .当2>c 时,该方程有2个不等的实数根.设为2121,,x x x x <,由韦达定理121=x x ,可知211x x <<只要让32≤x 即可.令()()31003,12≤⇒≥+-=c g cx x x g . 即当310≤c 时,()x f 在(]3,1上存在不动点0x (0x 就是2x )所以c 的取取范围是⎥⎦⎤ ⎝⎛310,2.再用数学归纳法证明结论的正确性:因为310≤<x 且()x c x f 1-=在()+∞,0是增函数,所以当3102≤<c 时, 有()()002111x f x f a a =<=<=.假设k n =时,有301≤<<+x a a k k .因为()x f 是增函数,故()()()01x f a f a f k k <<+,即021x a a k k <<++,当1+=k n 时结论也成立,所以当c 的取值范围是⎥⎦⎤⎝⎛310,2时, ()xc x f 1-=有在区间(]3,1内的不动点0x ,数列{}n a 单调递增向该不动点收敛. 3 数列的单调性及收敛性近几年一些地区高考试题对利用不动点解决递推数列的问题比较青睐,如求数列的通项公式,利用不动点研究数列的单调性等等.下文利用不动点及特征函数的性质研究数列的单调性及收敛性,并借此解决一些高考题.3.1 关于数列单调性、收敛性的重要结论定义1 设R I f →:,其中I 是R 的一个区间,数列{}n x 由a a =1和递推关系()n n x f x =+1来定义.则数列{}n x 称为递推数列.()x f 称为数列{}n x 的特征函数,()x f x =称为数列{}n x 的特征方程,a x =1称为初始值.若设f 是连续的,若{}n x 收敛而且有极限0x ,()()010lim lim x f x f x x n n ===+.因此问题就变为寻找方程 ()x f x =解(即f 的不动点),并验证数列是不是收敛于数 0x .定理 2设f 是定义在I 上的一个压缩映射,则由任何初始值[]b a x ,1∈和递推数列。

不动点法求解数列

不动点法求解数列

不动点法求解数列
不动点法求解数列是一种以函数迭代的方式寻找满足预先设定条
件的数列的技术。

它建立在函数迭代理论上,用它来解决一些复杂的
数学问题,它可以来有效地求解函数。

它最早是由平行计算科学家及
著名数学家拉斐特·劳伦斯·库仑提出的,它是一种分析函数的方法,它可以指定函数的迭代和评估过程。

不动点法求解数列的主要思想是以函数的迭代和收敛的方式来找
出满足预先设定条件的一组数列,即不动点。

这就意味着,当我们给
出一个函数,我们就可以找到一组数列,使得它们是最接近这个函数
的数列。

不动点法求解数列的实现方法是在每一步中使用一个函数f(x)来
表示,这个函数将当前的数列转化为下一个数列,而不动点就是某个
极小数列使得f(x)等于自身。

那么,在这种情况下,可以使用不动点
来求解原始的数列。

通常,不动点法的步骤是这样的:首先,我们给出一个初始数列,然后使用这个数列来迭代函数f(x),直到不再变化。

在每一个迭代步
骤中,我们都可以计算出下一个数列,再把它带入函数f(x)来进行计算,最后得到最后的答案。

这种方法有两个显著的优点:1、它可以以一种有效的方式解决一
些复杂的函数,2、它的结果是可以控制的,可以得到一组满足预先设
定条件的数列,即不动点。

因此,不动点法求解数列就可以指定函数的迭代和评估过程,从
而减少计算时间和计算量,提高解决数学问题的效率。

高中数学常用方法---利用函数的不动点求数列的通项公式

高中数学常用方法---利用函数的不动点求数列的通项公式

高中数学常用方法—利用函数的不动点求数列的通项公式1. 函数的不动点:给出函数 yf (x) ,满足方程 f ( x 0 ) x 0 的解 x 0 ,称为函数 yf ( x) 的一个不动点。

例 求函数 f ( x) 2x 4 的不动点。

解:令 2x4 x ,解出 x4 ,即 4 是函数 f ( x)2x 4 的一个不动点。

2. 用函数的不动点求数列的通项公式: 如果给出的数列的递推式中不含有自变量n 的函数 f ( n) ,那么就可以考虑用函数的不动点法:首先求出函数的不动点,然后把递推式的两边都减去不动点,最后把递推式的两边都化为相同的形式去求数列的通项公式。

例已知数列a n中, a 1 1, a n 1 2a n 1 求数列的通项公式 a n 。

解:因为 a n12a n 1 ,所以 x 2 x 1 x1,两边都减去不动点1 得 a n 1 1 2a n 1 1 ,所以可以得到an 11 2(a n 1) , 设 a n 1 b n , 所 以 b n 1 2b n , 数 列 a n 为 等 比 数 列 , 故 b n b 1 2n12n, 所 以a nb n 1 n。

21例已知数列n中, a 11, a n 11a n 1求数列的通项公式 a n 。

a2解:因为 a n11a n 1 ,所以 x1x 1x 2 ,两边都减去不动点2 得 a n 12 2a n 1 2 ,所以可以得到2 2111 n 1an 122 b n ,所以 b n 1b n b 11 n ,所以a n2 b n 21 n 。

(a n 2) ,设 a nb n ,故2222231:若函数 f ( x) ax b, a 0且 a 1ax b 的一个不动点,即f ( p)p ,如果数列.定理, p 是函数 f ( x)x n 满足递推关系 x nf (x n 1 ), n 1,则 x n p a( x n 1 p) 。

4. 定理 2 :设 f ( x)ax b c 0, adbc 0 ,数列x 满足递推关系xf ( x 1 ), n 1 ,且初始值cx dnnnx 1 f ( x 1 ) ,如果函数 f ( x) ax bx n p kxn 1p ,这里 ka pc有两个相异的不动点p, q ,则qxn 1q,也就是cx dx na qc说数列x n p 是以 k 为公比的等比数列;如果函数 f (x)axb只有唯一的不动点 p ,则 11k ,x n qcx dx n p x n 1p这里 k2c ,即数列 1 是以 k 为公差的等差数列。

用不动点法求数列通项

用不动点法求数列通项

用不动点法求数列的通项定义:方程x x f =)(的根称为函数)(x f 的不动点.利用递推数列)(x f 的不动点,可将某些递推关系)(1-=n n a f a 所确定的数列化为等比数列或较易求通项的数列,这种方法称为不动点法.定理1:若),1,0()(≠≠+=a a b ax x f p 是)(x f 的不动点,n a 满足递推关系)1(),(1>=-n a f a n n ,则)(1p a a p a n n -=--,即}{p a n -是公比为a 的等比数列.证明:因为p 是)(x f 的不动点pb ap =+∴ap p b -=-∴由b a a a n n +⋅=-1得)(11p a a p b a a p a n n n -=-+⋅=---所以}{p a n -是公比为a 的等比数列.定理2:设)0,0()(≠-≠++=bc ad c dcx bax x f ,}{n a 满足递推关系1),(1>=-n a f a n n ,初值条件)(11a f a ≠(1):若)(x f 有两个相异的不动点q p ,,则qa pa k q a p a n n n n --⋅=----11(这里qca pca k --=)(2):若)(x f 只有唯一不动点p ,则k pa p a n n +-=--111(这里da ck +=2)证明:由x x f =)(得x dcx bax x f =++=)(,所以0)(2=--+b x a d cx (1)因为q p ,是不动点,所以⎪⎩⎪⎨⎧=--+=--+0)(0)(22b q a d cq b p a d cp ⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=qc a b qd q pc a b pd p ,所以q a pa qc a pc a qc ab qd a pc a bpd a qca pc a qdb a qc a pd b a pc a qdca b aa p d ca b aa q a p a n n n n n n n n n n n n --⋅--=------⋅--=-+--+-=-++-++=------------1111111111)()(令qca pca k --=,则q a p a k q a p a n n n n --=----11(2)因为p 是方程0)(2=--+b x a d cx 的唯一解,所以0)(2=--+b p a d cp 所以ap cp pd b -=-2,cda p 2-=所以dca p a cp a d ca ap cp a cp a d ca pd b a cp a p d ca b aa p a n n n n n n n n n +--=+-+-=+-+-=-++=---------111211111))(()()(所以da c p a p a cp a cp d cp a c p a cp d p a c cp a p a d ca cp a p a n n n n n n n ++-=-⋅-++-=-++-⋅-=-+⋅-=-------211)(111111111令d a c k +=2,则k pa p a n n +-=--111例1:设}{n a 满足*11,2,1N n a a a a nn n ∈+==+,求数列}{n a 的通项公式例2:数列}{n a 满足下列关系:0,2,2211≠-==+a a a a a a a nn ,求数列}{n a 的通项公式定理3:设函数)0,0()(2≠≠+++=e a f ex cbx ax x f 有两个不同的不动点21,x x ,且由)(1n n u f u =+确定着数列}{n u ,那么当且仅当a e b 2,0==时,2212111)(x u x u x u x u n n n n --=--++证明: k x 是)(x f 的两个不动点∴f ex c bx ax x k k kk +++=2即k k k bx x a e f x c --=-2)()2,1(=k ∴222221211222211222122111)()()()()()()()(bx x a e u ex b au bx x a e u ex b au f x c u ex b au f x c u ex b au f eu x c bu au f eu x c bu au x u x u n n n n n n n n n n n n n n n n --+-+--+-+=-+-+-+-+=+-+++-++=--++于是,2212111(x u x u x u x u n n n n --=--++⇔22222112222221211222)()()()(x u x u x u x u bx x a e u ex b au bx x a e u ex b au n n n n n n n n +-+-=--+-+--+-+⇔22222112222221211222)()(x u x u x u x u abx x a e u a ex b u a bx x a e u a ex b u n n n n n n n n +-+-=--+-+--+-+⇔⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=--=-221122x aex b x a ex b ⇔⎩⎨⎧=-+=-+0)2(0)2(21x e a b x e a b 1121x x 0≠∴方程组有唯一解ae b 2,0==例3:已知数列}{n a 中,*211,22,2N n a a a a nn n ∈+==+,求数列}{n a 的通项.其实不动点法除了解决上面所考虑的求数列通项的几种情形,还可以解决如下问题:例4:已知1,011≠>a a 且)1(4162241+++=+n n n n n a a a a a ,求数列}{n a 的通项.解:作函数为)1(416)(224+++=x x x x x f ,解方程x x f =)(得)(x f 的不动点为i x i x x x 33,33,1,14321=-==-=.取1,1-==q p ,作如下代换:42342342242241111(146414641)1(4161)1(41611-+=+-+-++++=-+++++++=-+++n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 逐次迭代后,得:111141414141)1()1()1()1(------+-++=n n n n a a a a a n 已知曲线22:20(1,2,)n C x nx y n -+== .从点(1,0)P -向曲线n C 引斜率为(0)n n k k >的切线n l ,切点为(,)n n n P x y .(1)求数列{}{}n n x y 与的通项公式;(2)证明:13521nn nxx x x x y -⋅⋅⋅⋅<< 设p q ,为实数,αβ,是方程20x px q -+=的两个实根,数列{}n x 满足1x p =,22x p q =-,12n n n x px qx --=-(34n =,,…).(1)证明:p αβ+=,q αβ=;(2)求数列{}n x 的通项公式;(3)若1p =,14q =,求{}n x 的前n 项和n S .已知函数2()1f x x x =+-,αβ,是方程()0f x =的两个根(αβ>),()f x '是()f x 的导数,设11a =,1()(12)()n n n n f a a a n f a +=-=' ,,.(1)求αβ,的值;(2)证明:对任意的正整数n ,都有n a α>;(3)记ln(12)n n n a b n a βα-==- ,,,求数列{}n b 的前n 项和nS 13陕西文21.(本小题满分12分)已知数列{}n a 满足,*11212,,2n n n a a a a a n N ++=∈’+2==.()I 令1n n n b a a +=-,证明:{}n b 是等比数列;(Ⅱ)求{}n a 的通项公式。

高考数学二轮复习考点知识与题型专题讲解14---用“不动点法”求数列的通项公式(解析版)

高考数学二轮复习考点知识与题型专题讲解14---用“不动点法”求数列的通项公式(解析版)

高考数学二轮复习考点知识与题型专题讲解 14 用“不动点法”求数列的通项公式设已知数列}{n a 的项满足其中,1,0≠≠c c 求这个数列的通项公式.采用数学归纳法可以求解这一问题,然而这样做太过繁琐,而且在猜想通项公式中容易出错,本文提出一种易于被学生掌握的解法——特征方程法:针对问题中的递推关系式作出一个方程,d cx x +=称之为特征方程;借助这个特征方程的根快速求解通项公式.下面以定理形式进行阐述. 定理 1.设上述递推关系式的特征方程的根为0x ,则当10a x =时,n a 为常数列,即0101,;x b a a x a a n n n +===时当,其中}{n b 是以c 为公比的等比数列,即01111,x a b c b b n n -==-.证明:因为,1,0≠c 由特征方程得.10cd x -=作换元,0x a b n n -= 则.)(110011n n n n n n cb x a c ccd ca c d d ca x a b =-=--=--+=-=-- 当10a x ≠时,01≠b ,数列}{n b 是以c 为公比的等比数列,故;11-=n n cb b当10a x =时,01=b ,}{n b 为0数列,故.N ,1∈=n a a n (证毕)下面列举两例,说明定理1的应用. 【典型题型1】已知数列}{n a 满足:,4,N ,23111=∈--=+a n a a n n 求.n a 【解析】解:作方程.23,2310-=--=x x x 则 当41=a 时,.21123,1101=+=≠a b x a 数列}{n b 是以31-为公比的等比数列.于是.N ,)31(2112323,)31(211)31(1111∈-+-=+-=-=-=---n b a b b n n n n n n 【典型题型2】已知数列}{n a 满足递推关系:,N ,)32(1∈+=+n i a a n n 其中i 为虚数单位. 当1a 取何值时,数列}{n a 是常数数列?【解析】解:作方程,)32(i x x +=则.5360i x +-= 要使n a 为常数,即则必须.53601i x a +-== 现在考虑一个分式递推问题(*). 定理2.如果数列}{n a 满足下列条件:已知1a 的值且对于N ∈n ,都有h ra q pa a n n n ++=+1(其中p 、q 、r 、h 均为常数,且r h a r qr ph -≠≠≠1,0,),那么,可作特征方程h rx q px x ++=. (1)当特征方程有两个相同的根λ(称作特征根)时,若,1λ=a 则;N ,∈=n a n λ若λ≠1a ,则,N ,1∈+=n b a n n λ其中.N ,)1(11∈--+-=n r p r n a b n λλ特别地,当存在,N 0∈n 使00=n b 时,无穷数列}{n a 不存在.(2)当特征方程有两个相异的根1λ、2λ(称作特征根)时,则112--=n n n c c a λλ,,N ∈n 其中).(,N ,)(211212111λλλλλ≠∈----=-a n rp r p a a c n n 其中 证明:先证明定理的第(1)部分.作交换N ,∈-=n a d n n λ 则λλ-++=-=++hra q pa a d n n n n 11 hra h q r p a n n +-+-=λλ)(hd r h q r p d n n ++-+-+=)())((λλλλ λλλλr h rd q p h r r p d n n -+--+--=])([)(2① ∵λ是特征方程的根,∴λ.0)(2=--+⇒++=q p h r hr q p λλλλ 将该式代入①式得.N ,)(1∈-+-=+n rh rd r p d d n n n λλ② 将r p x =代入特征方程可整理得,qr ph =这与已知条件qr ph ≠矛盾.故特征方程的根λ,r p ≠于是.0≠-r p λ③当01=d ,即λ+=11d a =λ时,由②式得,N ,0∈=n b n 故.N ,∈=+=n d a n n λλ 当01≠d 即λ≠1a 时,由②、③两式可得.N ,0∈≠n d n 此时可对②式作如下变化: .1)(11rp r d r p r h r p d r h rd d n n n n λλλλλ-+⋅-+=--+=+④ 由λ是方程h rx q px x ++=的两个相同的根可以求得.2rh p -=λ ∴,122=++=---+=-+h p p h r r h p p r r h p h r p r h λλ 将此式代入④式得.N ,111∈-+=+n rp r d d n n λ 令.N ,1∈=n d b n n 则.N ,1∈-+=+n r p r b b n n λ故数列}{n b 是以rp r λ-为公差的等差数列. ∴.N ,)1(1∈-⋅-+=n r p r n b b n λ 其中.11111λ-==a d b当0,N ≠∈n b n 时,.N ,1∈+=+=n b d a nn n λλ 当存在,N 0∈n 使00=n b 时,λλ+=+=0001n n n b d a 无意义.故此时,无穷数列}{n a 是不存在的.再证明定理的第(2)部分如下: ∵特征方程有两个相异的根1λ、2λ,∴其中必有一个特征根不等于1a ,不妨令.12a ≠λ于是可作变换.N ,21∈--=n a a c n n n λλ 故21111λλ--=+++n n n a a c ,将h ra q pa a n n n ++=+1代入再整理得 N ,)()(22111∈-+--+-=+n hq r p a h q r p a c n n n λλλλ⑤ 由第(1)部分的证明过程知r p x =不是特征方程的根,故.,21r p r p ≠≠λλ 故.0,021≠-≠-r p r p λλ所以由⑤式可得:N ,2211211∈--+--+⋅--=+n r p h q a r p h q a r p r p c n n n λλλλλλ⑥ ∵特征方程hrx q px x ++=有两个相异根1λ、2λ⇒方程0)(2=--+q p h x rx 有两个相异根1λ、2λ,而方程xrp xh q x --=-与方程0)(2=---q p h x rx 又是同解方程. ∴222111,λλλλλλ-=---=--rp h q r p h q 将上两式代入⑥式得N ,2121211∈--=--⋅--=-n c rp r p a a r p r p c n n n n λλλλλλ当,01=c 即11λ≠a 时,数列}{n c 是等比数列,公比为rp r p 21λλ--.此时对于N ∈n 都有 .))(()(12121111211------=--=n n n rp r p a a r p r p c c λλλλλλ 当01=c 即11λ=a 时,上式也成立. 由21λλ--=n n n a a c 且21λλ≠可知.N ,1∈=n c n 所以.N ,112∈--=n c c a n n n λλ(证毕)注:当qr ph =时,h ra q pa n n ++会退化为常数;当0=r 时,h ra q pa a n n n ++=+1可化归为较易解的递推关系,在此不再赘述.【典型题型3】已知数列}{n a 满足性质:对于,324,N 1++=∈-n n n a a a n 且,31=a 求}{n a 的通项公式.将这问题一般化,应用特征方程法求解,有下述结果.【解析】解:依定理作特征方程,324++=x x x 变形得,04222=-+x x 其根为.2,121-==λλ故特征方程有两个相异的根,使用定理2的第(2)部分,则有.N ,)221211(2313)(11212111∈⋅-⋅-⋅+-⋅--⋅--=--n r p r p a a c n n n λλλλ ∴.N ,)51(521∈-=-n c n n ∴.N ,1)51(521)51(52211112∈----⋅-=--=--n c c a n n n n n λλ 即.N ,)5(24)5(∈-+--=n a n n n【典型题型4】已知数列}{n a 满足:对于,N ∈n 都有.325131+-=+n n n a a a (1)若,51=a 求;n a (2)若,31=a 求;n a (3)若,61=a 求;n a (4)当1a 取哪些值时,无穷数列}{n a 不存在? 【解析】解:作特征方程.32513+-=x x x 变形得,025102=+-x x特征方程有两个相同的特征根.5=λ依定理2的第(1)部分解答.(1)∵∴=∴=.,511λa a 对于,N ∈n 都有;5==λn a(2)∵.,311λ≠∴=a a ∴λλr p r n a b n --+-=)1(11 51131)1(531⋅-⋅-+-=n ,8121-+-=n 令0=n b ,得5=n .故数列}{n a 从第5项开始都不存在,当n ≤4,N ∈n 时,51751--=+=n n b a n n λ. (3)∵,5,61==λa ∴.1λ≠a ∴.,811)1(11N n n r p r n a b n ∈-+=--+-=λλ 令,0=n b 则.7n n ∉-=∴对于.0b N,n ≠∈n ∴.N ,7435581111∈++=+-+=+=n n n n b a n n λ (4)显然当31-=a 时,数列从第2项开始便不存在.由本题的第(1)小题的解答过程知,51=a时,数列}{n a 是存在的,当51=≠λa 时,则有.N ,8151)1(111∈-+-=--+-=n n a r p r n a b n λλ令,0=n b 则得N ,11351∈--=n n n a 且n ≥2. ∴当11351--=n n a (其中N ∈n 且N ≥2)时,数列}{n a 从第n 项开始便不存在. 于是知:当1a 在集合3{-或,:1135N n n n ∈--且n ≥2}上取值时,无穷数列}{n a 都不存在. 下面分两种情况给出递推数列dt c b t a t n n n +⋅+⋅=+1通项的求解通法. (1)当c=0,时, 由d t c b t a t n n n +⋅+⋅=+1db t d a t n n +⋅=⇒+1, 记k da =,c db =,则有c t k t n n +⋅=+1(k ≠0), ∴数列{n t }的特征函数为)(x f =kx+c,由kx+c=x ⇒x=k c -1,则c t k t n n +⋅=+1⇒)1(11k c t k k c t n n --=--+ ∴数列}1{kc t n --是公比为k 的等比数列, ∴11)1(1-⋅--=--n n k k c t k c t ⇒11)1(1-⋅--+-=n n k kc t k c t . (2)当c ≠0时,数列{n t }的特征函数为:)(x f =dx c b x a +⋅+⋅ 由x dx c b x a =+⋅+⋅0)(2=--+⇒b x a d cx 设方程0)(2=--+b x a d cx 的两根为x 1,x 2,则有:0)(121=--+b x a d cx ,0)(222=--+b x a d cx ∴12)(1x a d cx b -+= (1)222)(x a d cx b -+=……(2) 又设212111x t x t k x t x t n n n n --⋅=--++(其中,n ∈N *,k 为待定常数). 由212111x t x t k x t x t n n n n --⋅=--++⇒2121x t x t k x dt c b t a x d t c b t a n n n n n n --⋅=-+⋅+⋅-+⋅+⋅ ⇒212211x t x t k dx t cx b at dx t cx b at n n n n n n --⋅=--+--+……(3) 将(1)、(2)式代入(3)式得:2122221121x t x t k ax t cx cx at ax t cx cx at n n n n n n --⋅=--+--+ ⇒212211))(())((x t x t k x t cx a x t cx a n n n n --⋅=----⇒21cx a cx a k --= ∴数列{21x t x t n n --}是公比为21cx a cx a --(易证021≠--cx a cx a )的等比数列. ∴21x t x t n n --=1212111-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅--n cx a cx a x t x t ⇒12121111212111211--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅--⋅-=n n n cx a cx a x t x t cx a cx a x t x t x x t .【典型题型5】已知数列{a n }中,a 1=2,3121+=+n n a a ,求{a n }的通项。

特征根法和不动点法在求数列通项公式中的应用

特征根法和不动点法在求数列通项公式中的应用

特征根法在求数列通项公式中的应用吴继崟 杨成武山东省滨州市邹平县黄山中学各种数列问题在很多情形下,就是对数列通项公式的求解。

特别是在一些综合性比较强的数列问题中,数列通项公式的求解问题往往是解决数列难题的瓶颈.本文结合几个例题进行展示 、探讨,重点强调求解数列通项公式过程中——特征根法的运用,希望能对喜欢研究高中数学的朋友有所帮助.一、不动点法当(x)x f =时,x 的取值成为不动点,不动点是在较高要求测试中解决递推式的基本方法。

下面通过几个例题,展示不同情况下的不动点的用法.类型一、已知a 1=b ,a n+1=ca n +d (,1,0≠≠c c )求数列}{n a 的通项公式.例1.已知数列}{n a 满足:,4,N ,23111=∈--=+a n a a n n 求.n a 解:作方程.23,2310-=--=x x x 则10a x ≠ 则 1313()(2)()232n n a a +--=---- ,整理得1313++)232n n a a +=-( 即数列3+2n a {}是以1311+=22a 为首项,13-为公比的等比数列 所以 1131111113+(),()223232n n n n a a --=-=--. 类型二、已知1a =λ,对于N n Î,都有1n n n pa q a ra h ++=+,求数列}{n a 的通项公式。

可作特征方程px q x rx h +=+, (Ⅰ)当特征方程有且仅有一根0x 时,(1)如果10a x =则0n a x =;(2)如果10a x ¹则01na x 禳镲镲睚镲-镲铪是等差数列。

(Ⅱ)当特征方程有两个相异的根1x 、2x 时,则12n n a x a x 禳镲-镲睚镲-镲铪是等比数列。

例2.已知数列}{n a 满足:对于N,n Î都有11325.3n n n a a a +-=+(1)若15,a =求;n a (2)若13,a =求;n a (3)若16,a =求;n a (4)当1a 取哪些值时,无穷数列}{n a 不存在? 解:作特征方程1325.3x x x -=+变形得210250,x x -+= 特征方程有两个相同的特征根 5.l = (1)∵115,.a a l =\=\对于N,n Î都有5;n a l ==(2)∵113,.a a l =\?,1132584055.33n n n n n a a a a a +--∴-=-=++ 111(3)(58)31118858405558n n n n n n n n a a a a a a a a ++-++∴====+----- 111,528n a ∴-数列{}是首项为-公差为的等差数列111=-(n 1)528n a +--; 5175n n a n -=-(3)∵16,5,a l ==∴1.a l ¹ ∴1132584055.33n n n n n a a a a a +---=-=++ 111(3)(58)31118858405558n n n n n n n n a a a a a a a a ++-++∴====+----- 111,58n a ∴-数列{}是首项为公差为的等差数列11n+7543=1(n 1)=5887n n n a a n ++-=-+, (4)、显然当13a =-时,数列从第2项开始便不存在.由本题的第(1)小题的解答过程知,51=a 时,数列}{n a 是存在的,当15a l ?时,则有111111(1),N.58n n n d n a a a λλ-=+-=+∈---令10,n a λ=-则得1513,N 1n a n n -=?-且n ≥2.∴当15131n a n -=-(其中N n Î且N ≥2)时,数列}{n a 从第n 项开始便不存在。

用不动点法求数列通项的一点几何意义

用不动点法求数列通项的一点几何意义

用不动点法求数列通项的一点几何意义.用不动点法求数列通项的一点几何意义猜想孟剑卫(江苏省东海高级中学,江苏东海)定义;方程f(x)=x的根称为函数f(x)的不动点。

利用递推数列f(x)的不动点,可将某些递推关系=£()所确定的数列化为等比数列或较易a a n-1n求通项的数列,这种方法叫不动点法。

对于这个方法有几个重要定理,若只从代数角度理解,恐怕对许多中学生来说是有难度的。

下面笔者对这几个定理予以几何解释:定理1:若f(x)=+b(a≠0,a≠1),p是f(x)的ax不动点,满足递推关系a=£(),(n>1)则a a n-1nn即{ }是公比为的等比数列。

它aa PP=a(a-p),a--nn n-1的代数证明如下:证明:因为p是f(x)的不动点,所以ap+b=p,所以b-p=-ap,由a=a.a+b得a-p=a.所以{ }是公比为a的等nnn-1a+b-p=a(a-p),a P-nn-1n-1比数列。

:下如义意何几的理定一这对.一目了然,的交点g(x)=X 即f(x)=x, f(x)与。

的斜率即为-p -p /aa f(x)a n-1n。

何的蕴它看下明数纯出】文是上面【1给的代证,面看所含几意义与定理一的几何意义相似,表示的是两条直线的的斜率相比是定值k,但怎么证明笔者尚未想到简便的方法,只能从上面的代数方法借鉴。

第二种情况也是如此,a-p/a-p+k(a-p)=1.如下图,由于笔者能力有限,尚未发现几何证法。

nn-1n在此只提上面几个定理笔者暂且不再进行证明,出一种理想化的构思,见谅。

.参考文献1胡贵平《用不动点法求数列通项》[J]2胡良星用不动点法求数列通项[J]《中学数学研究》 2000年第7期。

不动点法求数列通项的原理

不动点法求数列通项的原理

不动点法求数列通项的原理
一、不动点法(特征根法)的概念
不动点法,又称特征根法,是一种用于解决数列求通项的有效方法,该方法通过求解特征根或不动点来求出数列通项。

二、不动点法(特征根法)的原理
不动点法,是把数列的运算转化为求解特征根的问题。

特征根,是指使得其中一特定数列值不变的数。

通常情况下,当一个数列的通项具有对数函数的形式时,它的公式可以求出,但如果它具有指数函数的形式时,就不能用常规的方法求出。

此时,可以用不动点法来求出该数列的通项。

不动点法的基本步骤为:
(1)将数列的前n项归纳成一个大的等比数列;
(2)建立等比数列的递推关系式;
(3)求解递推关系式的特征根;
(4)根据特征根求出数列的通项。

例如,解数列{an}的通项
要解这个数列的通项,可以先将数列归纳成一个大的等比数列,即显然,等比数列 {an} 的公比 = q = 3 ,自然数 n 的取值范围是0 ≤ n ≤ 7
接下来,建立等比数列的递推关系式:
an+1=3·an
可以把它写成递推公式的一般形式:an+1-3an=0
特征方程可以由上式求出:
lamda^2-3lamda+1=0
两个根分别是
lamda_1=1
lamda_2=3
这样,就可以求出数列通项,即
an=A·1^n + B·3^n
设a0=7
则有A+B=7,a1=21,则有3A+B=21。

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用不动点法求数列通项的一点几何意义
用不动点法求数列通项的一点几何意义猜想
孟剑卫(江苏省东海高级中学,江苏东海)定义;方程f(x)=x的根称为函数f(x)的不动点。

利用递推数列f(x)的不动点,可将某些递推关
系a
n =£(a
n-1
)所确定的数列化为等比数列或较易
求通项的数列,这种方法叫不动点法。

对于这个方法有几个重要定理,若只从代数角度理解,恐怕对许多中学生来说是有难度的。

下面笔者对这几个定理予以几何解释:
定理1:若f(x)=ax+b(a≠0,a≠1),p是f(x)的
不动点,a
n 满足递推关系a
n
=£(a
n-1
),(n>1)则
a n-P=a(a n-1-p),即{ a n-P }是公比为a的等比数列。

它的代数证明如下:
证明:因为p是f(x)的不动点,所以ap+b=p,
所以b-p=-ap,由a
n =a.a
n-1
+b得a
n
-p=a.
a
n-1+b-p=a(a
n-1
-p),所以{ a
n-P
}是公比为a的等
比数列。

对这一定理的几何意义如下:
f(x)=x,即 f(x)与g(x)=X的交点一目了然,
a
n -p /a
n-1
-p 即为 f(x)的斜率a。

上面是【文1】给出的纯代数证明,下面看看它所蕴含的几何意义。

与定理一的几何意义相似,表示的是两条直线的的斜率相比是定值k,但怎么证明笔者尚未想到简便的方法,只能从上面的代数方法借鉴。

第二种情况也是如
此,a
n -p/a
n-1
-p+k(a
n
-p)=1.如下图,由于笔者能力有限,尚未发现几何证法。

上面几个定理笔者暂且不再进行证明,在此只提出一种理想化的构思,见谅。

参考文献1胡贵平《用不动点法求数列通项》[J]
2胡良星用不动点法求数列通项[J] 《中学数学研究》 2000年第7期。

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