高考递推数列题型分类归纳解析
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。本文总结出几种求解数列通项公式的方法,希望能对大家有帮助。 类型1 )(1n f a a n n +=+
解法:把原递推公式转化为)(1n f a a n n =-+,利用累加法(逐差相加法)求解。 例:已知数列{}n a 满足211=
a ,n
n a a n n ++=+211,求n a 。 解:由条件知:1
1
1)1(1121+-=+=+=
-+n n n n n n a a n n
分别令)1(,,3,2,1-??????=n n ,代入上式得)1(-n 个等式累加之,即
)()()()(1342312--+??????+-+-+-n n a a a a a a a a
)111()4131()3121()211(n
n --+??????+-+-+-=
所以n
a a n 1
11-=-
211=a ,n
n a n 1231121-=-+=∴
变式:(2004,全国I ,个理22.本小题满分14分)
已知数列1}{1=a a n 中,且a 2k =a 2k -1+(-1)K , a 2k+1=a 2k +3k , 其中k=1,2,3,……. (I )求a 3, a 5;
(II )求{ a n }的通项公式.
解: k k k a a )1(122-+=-,k k k a a 3212+=+
∴k k k k k k a a a 3)1(312212+-+=+=-+,即k k k k a a )1(31212-+=--+ ∴)1(313-+=-a a , 2235)1(3-+=-a a
…… ……
k k k k a a )1(31212-+=--+
将以上k 个式子相加,得
]1)1[(2
1
)13(23])1()1()1[()333(22112--+-=-+???+-+-++???++=-+k k k k k a a
将11=a 代入,得
1)1(2
1
321112--+?=++k k k a , 1)1(2
1
321)1(122--+?=-+=-k k k k k
a a 。
经检验11=a 也适合,∴???????--?+?--?+?=-+)(1)1(2132
1)(1)1(21321222
1
21为偶数为奇数n n a n
n n n n
类型2 n n a n f a )(1=+ 解法:把原递推公式转化为)(1
n f a a n
n =+,利用累乘法(逐商相乘法)求解。 例:已知数列{}n a 满足321=a ,n n a n n
a 1
1+=
+,求n a 。 解:由条件知1
1+=
+n n
a a n n ,分别令)1(,,3,2,1-??????=n n ,代入上式得)1(-n 个等式累乘之,即
1342312-??????????n n a a a a a a a a n n 1433221-??????????=n a a n 1
1=?
又321=a ,n
a n 32
=∴ 例:已知31=a ,n n a n n a 2
31
31+-=
+ )1(≥n ,求n a 。 解:1231
32231232)2(31)2(32)1(31)1(3a n n n n a n +-?+?-??????+---?+---=
3437
52633134
8531n n n n n --=
????=---。
变式:(2004,全国I,理15.)已知数列{a n },满足a 1=1,1321)1(32--+???+++=n n a n a a a a
(n ≥2),则{a n }的通项1
___n a ?=?
?
12n n =≥
解:由已知,得n n n na a n a a a a +-+???+++=-+13211)1(32,用此式减去已知式,得 当2≥n 时,n n n na a a =-+1,即n n a n a )1(1+=+,又112==a a ,
n a a a a a a a a a n n =???====∴-1
3423121,,4,3,1,
1,将以上n 个式子相乘,得2!
n a n =)2(≥n
类型3 q pa a n n +=+1(其中p ,q 均为常数,)0)1((≠-p pq )。 解法(待定系数法):把原递推公式转化为:)(1t a p t a n n -=-+,其中p
q
t -=1,再利用换元法转化为等比数列求解。
例:已知数列{}n a 中,11=a ,321+=+n n a a ,求n a .
解:设递推公式321+=+n n a a 可以转化为)(21t a t a n n -=-+即321-=?-=+t t a a n n .故递推公式为)3(231+=++n n a a ,令3+=n n a b ,则4311=+=a b ,且
23
3
11=++=++n n n n a a b b .所以{}n b 是以41=b 为首项,2为公比的等比数列,则11224+-=?=n n n b ,所以
321-=+n n a .
变式:(2006,重庆,文,14)
在数列{}n a 中,若111,23(1)n n a a a n +==+≥,则该数列的通项n a =_______________ (key:321-=+n n a )
变式:(2006. 福建.理22.本小题满分14分) 已知数列{}n a 满足*111,21().n n a a a n N +==+∈ (I )求数列{}n a 的通项公式; (II )若数列{b n }滿足12111
*444(1)(),n n b b b b n a n N ---=+∈证明:数列{b n }是等差数列;
(Ⅲ)证明:
*122311...().232
n n a a a n n
n N a a a +-<+++<∈ (I )解:*121(),n n a a n N +=+∈
112(1),n n a a +∴+=+
{}1n a ∴+是以112a +=为首项,2为公比的等比数列
12.n n a ∴+=
即 *
21().n
n a n N =-∈
(II )证法一:
1211144...4(1).n n k k k k n a ---=+
12(...)42.n n k k k n nk +++-∴=
122[(...)],n n b b b n nb ∴+++-= ①
12112[(...)(1)](1).n n n b b b b n n b ++++++-+=+ ② ②-①,得112(1)(1),n n n b n b nb ++-=+- 即1(1)20,n n n b nb +--+=
21(1)20.n n nb n b ++-++=
③-④,得 2120,n n n nb nb nb ++-+= 即 2120,n n n b b b ++-+=
*211(),n n n n b b b b n N +++∴-=-∈
{}n b ∴是等差数列
证法二:同证法一,得 1(1)20n n n b nb +--+= 令1,n =得1 2.b =
设22(),b d d R =+∈下面用数学归纳法证明 2(1).n b n d =+- (1)当1,2n =时,等式成立
(2)假设当(2)n k k =≥时,2(1),k b k d =+-那么
122[2(1)]2[(1)1].1111k k k k b b k d k d k k k k +=
-=+--=++----- 这就是说,当1n k =+时,等式也成立 根据(1)和(2),可知2(1)n b n d =+-对任何*
n N ∈都成立
{}1,n n n b b d b +-=∴是等差数列
(III )证明:
1121211
,1,2,...,,1212
2(2)2
k k k k k k a k n a ++--==<=--
12231 (2)
n n a a a n
a a a +∴
+++<
111211111111.,1,2,...,,2122(21)2 3.222232
k k k k k k
k k a k n a +++-==-=-≥-=--+-
1222311111111
...(...)(1),2322223223
n n n n a a a n n n a a a +∴
+++≥-+++=-->-
*122311...().232
n n a a a n n
n N a a a +∴-<+++<∈ 变式:递推式:()n f pa a n n +=+1。解法:只需构造数列{}n b ,消去()n f 带来的差异. 类型4 n n n q pa a +=+1(其中p ,q 均为常数,)0)1)(1((≠--q p pq )。 (或
1n n n a pa rq +=+,其中p ,q, r 均为常数) 。
解法:一般地,要先在原递推公式两边同除以1+n q ,得:
q
q a q p q a n n n n 1
11+?=++引入辅助数列{}n b (其中n
n
n q
a b =),得:q
b q p b n n 1
1+=
+再待定系数法解决。 例:已知数列{}n a 中,651=
a ,1
1)2
1(31+++=n n n a a ,求n a 。 解:在11)21(31+++=n n n a a 两边乘以1
2+n 得:1)2(3
2211+?=?++n n n n a a
令n n n a b ?=2,则1321+=+n n b b ,解之得:n
n b )3
2(23-=
所以n
n n
n n b a )31(2)21(32
-== 变式:(2006,全国I,理22,本小题满分12分) 设数列{}n a 的前n 项的和1412
2333
n n n S a +=
-?+,1,2,3,n =
(Ⅰ)求首项1a 与通项n a ;(Ⅱ)设2n
n n
T S =,1,2,3,
n =,证明:
1
3
2n
i i T =<∑
解:(I )当1=n 时,3
2
3434111+-==a S a 21=?a ; 当
2
≥n 时,
)3
2
23134(3223134111+?--+?-=
-=-+-n n n n n n n a a S S a ,即
n n n a a 241+=-,利用n n n q pa a +=+1(其中p ,q 均为常数,)0)1)(1((≠--q p pq )
。
(或1n n n a pa rq +=+,其中p ,q, r 均为常数)的方法,解之得:n n n a 24-= (Ⅱ)将n n n a 24-=代入①得 S n = 43×(4n -2n )-13×2n+1 + 23 = 1
3×(2n+1-1)(2n+1-2)
= 2
3
×(2n+1-1)(2n -1)
T n = 2n S n = 32×2n (2n+1-1)(2n
-1) = 32×(12n -1 - 12n+1-1
) 所以,
1
n
i i T =∑
= 3
2
1
(
n
i =∑12i
-1 - 12i+1-1) = 32×(121-1 - 12i+1-1
) < 32
类型5 递推公式为n n n qa pa a +=++12(其中p ,q 均为常数)。
解法一(待定系数法):先把原递推公式转化为)(112n n n n sa a t sa a -=-+++ 其中s ,t 满足?
?
?-==+q st p
t s
解法二(特征根法):对于由递推公式n n n qa pa a +=++12,βα==21,a a 给出的数列{}n a ,方程02
=--q px x ,叫做数列{}n a 的特征方程。若21,x x 是特征方程的两个根,当2
1x x ≠时,数列{}n a 的通项为1
211--+=n n n Bx Ax a ,其中A ,B 由βα==21,a a 决定(即把2121,,,x x a a 和2,1=n ,代入1
211--+=n n n Bx Ax a ,得到关于A 、B 的方程组);当21x x =时,数列{}n a 的通项为1
1)(-+=n n x Bn A a ,其中A ,B 由βα==21,a a 决定(即把2121,,,x x a a 和2,1=n ,代入11)(-+=n n x Bn A a ,得到关于A 、B 的方程组)。
解法一(待定系数——迭加法):
数列{}n a :),0(025312N n n a a a n n n ∈≥=+-++, b a a a ==21,,求数列{}n a 的通项公式。
由025312=+-++n n n a a a ,得
)(3
2
112n n n n a a a a -=
-+++, 且a b a a -=-12。
则数列{}n n a a -+1是以a b -为首项,
3
2
为公比的等比数列,于是
11)3
2
)((-+-=-n n n a b a a 。把n n ,,3,2,1???=代入,得
a b a a -=-12,
)32
()(23?-=-a b a a ,
234)3
2
()(?-=-a b a a ,
???
21)3
2
)((---=-n n n a b a a 。
把以上各式相加,得
])3
2()32(321)[(21-+???+++-=-n n a b a a )(3
21)32(11
a b n ---=-。
a b b a a a b a n n n 23)3
2
)((3)]()32(33[11-+-=+--=∴--。
解法二(特征根法):数列{}n a :),0(025312N n n a a a n n n ∈≥=+-++, b a a a ==21,的特征方程是:02532
=+-x x 。
3
2,121=
=x x , ∴1
2
11--+=n n n Bx Ax a 1)3
2(-?+=n B A 。 又由b a a a ==21,,于是
??
?-=-=???
?
??+=+=)(32332b a B a b A B A b B
A a 故1
)
3
2
)((323--+-=n n b a a b a
例:已知数列{}n a 中,11=a ,22=a ,n n n a a a 3
1
3212+=++,求n a 。 解:由n n n a a a 3
1
3212+=
++可转化为)(112n n n n sa a t sa a -=-+++ 即n n n sta a t s a -+=++12
)(???
????
-==+?313
2st t s ?????-==?311t s 或????
?=-=131t s
这里不妨选用???
??-==311t s (当然也可选用
???
??
=-=1
31t s ,大家可以试一试),则)(3
1112n n n n a a a a --=-+++{}n n a a -?+1是以首项为112=-a a ,公比为31
-的等比数列,
所以1
1)3
1(-+-=-n n n a a ,应用类型1的方法,分别令)1(,,3,2,1-??????=n n ,代入上式得
)1(-n 个等式累加之,即2101)3
1()31()31(--+??????+-+-=-n n a a 3
11)31(11
+--=
-n 又11=a ,所以1
)3
1(4347---=n n a 。
变式:(2006,福建,文,22,本小题满分14分)
已知数列{}n a 满足*12211,3,32().n n n a a a a a n N ++===-∈ (I )证明:数列{}1n n a a +-是等比数列; (II )求数列{}n a 的通项公式; (III )若数列{}n b 满足121
11
*44...4(1)(),n
n b b b b n a n N ---=+∈证明{}n b 是等差数列
(I )证明:
2132,n n n a a a ++=-
21112*21
12(),1,3,2().
n n n n n n n n
a a a a a a a a n N a a ++++++∴-=-==-∴
=∈-
{}1n n a a +∴-是以21a a -2=为首项,2为公比的等比数列
(II )解:由(I )得*12(),n n n a a n N +-=∈
112211()()...()n n n n n a a a a a a a a ---∴=-+-++-+
12*
22...2121().
n n n
n N --=++++=-∈
(III )证明:
1211144...4(1),n n b b b b n a ---=+
12(...)42,n n b b b nb +++∴=
122[(...)],n n b b b n nb ∴+++-= ①
12112[(...)(1)](1).n n n b b b b n n b ++++++-+=+ ②
②-①,得112(1)(1),n n n b n b nb ++-=+- 即1(1)20.n n n b nb +--+= ③ 21(1)20.n n nb n b ++-++= ④ ④-③,得2120,n n n nb nb nb ++-+= 即2120,n n n b b b ++-+=
*211(),n n n n b b b b n N +++∴-=-∈
{}n b ∴是等差数列
类型6 递推公式为n S 与n a 的关系式。(或()n n S f a =) 解
法
:
这
种
类
型
一
般
利
用
??
?≥???????-=????????????????=-)
2()1(11n S S n S a n n n 与
)()(11---=-=n n n n n a f a f S S a 消去n S )2(≥n 或与)(1--=n n n S S f S )2(≥n 消去n
a 进行求解。
例:已知数列{}n a 前n 项和2
2
14--
-=n n n a S .
(1)求1+n a 与n a 的关系;(2)求通项公式n a . 解:(1)由2
214--
-=n n n a S 得:1
11214-++-
-=n n n a S
于是)21
2
1()(1
2
11--++-
+-=-n n n n n n a a S S
所以1
1121
-+++
-=n n n n a a a n n n a a 2
1211
+=?+. (2)应用类型4(n n n q pa a +=+1(其中p ,q 均为常数,)0)1)(1((≠--q p pq ))的方法,上式两边同乘以1
2+n 得:222
11
+=++n n n n a a
由12
1
412
1111=?-
-==-a a S a .于是数列{}
n n a 2是以2为首项,2为公差的等差数列,所以n n a n n
2)1(222=-+=12
-=?n n n a
变式:(2006,陕西,理,20本小题满分12分)
已知正项数列{a n },其前n 项和S n 满足10S n =a n 2+5a n +6且a 1,a 3,a 15成等比数列,求数列{a n }的通项a n
解: ∵10S n =a n 2+5a n +6, ① ∴10a 1=a 12+5a 1+6,解之得a 1=2或a 1=3 又10S n -1=a n -12+5a n -1+6(n ≥2),②
由①-②得 10a n =(a n 2-a n -12)+6(a n -a n -1),即(a n +a n -1)(a n -a n -1-5)=0 ∵a n +a n -1>0 , ∴a n -a n -1=5 (n ≥2)
当a 1=3时,a 3=13,a 15=73 a 1, a 3,a 15不成等比数列∴a 1≠3;
当a 1=2时, a 3=12, a 15=72, 有 a 32=a 1a 15 , ∴a 1=2, ∴a n =5n -3 变式: (2005,江西,文,22.本小题满分14分)
已知数列{a n }的前n 项和S n 满足S n -S n -2=3,2
3
,1),3()2
1(211
-==≥--S S n n 且求数列{a n }
的通项公式.
解: 12--+=-n n n n a a S S ,
∴)3()2
1
(311≥-?=+--n a a n n n ,两边同乘以n )1(-,可得
1111)2
1
(3)21()1(3)1()1(----?-=--?=---n n n n n n n a a
令n n n a b )1(-=
∴)3()21
(311≥?-=---n b b n n n
221)2
1
(3---?-=-n n n b b
…… ……
223)2
1
(3?-=-b b
∴2
1)
21(41413])2
1()21()21[(3222
212-?-?-=+???++?-=---n n n n b b b )3()2
1
(32312≥?+-=-n b n
又 111==S a ,2
5
123122-=--=-=S S a ,
∴1)1(111-=-=a b ,2
5
)1(222-=-=a b
∴)1()2
1
(34)21(3232511≥?+-=?+--=--n b n n n 。
∴???
?????+-?-=?-?+--=-=---.
,)21(34,,)21(34)2
1
()1(3)1(4)1(111
为偶数为奇数n n b a n n n n n n n n
类型7 b an pa a n n ++=+1)001
(≠≠,a 、p
解法:这种类型一般利用待定系数法构造等比数列,即令
)()1(1y xn a p y n x a n n ++=++++,与已知递推式比较,解出y x ,,从而转化为
{}y xn a n ++是公比为p 的等比数列。
例:设数列{}n a :)2(,123,411≥-+==-n n a a a n n ,求n a .
解:设B An b a B ,An a b n n n n --=++=则,将1,-n n a a 代入递推式,得
[]12)1(31-+---=---n B n A b B An b n n )133()23(31+----=-A B n A b n
??????+-=-=∴1
3323A B B A A ??
?==1
1
B A 1++=∴n a b n n 取…(1)则13-=n n b b ,又61=b ,故n
n n b 32361?=?=-代入(1)得132--?=n a n n
说明:(1)若)(n f 为n 的二次式,则可设C Bn An a b n n +++=2;(2)本题也可由1231-+=-n a a n n ,1)1(2321--+=--n a a n n (3≥n )两式相减得2)(3211+-=----n n n n a a a a 转化为n n n qb pb b +=++12求之.
变式:(2006,山东,文,22,本小题满分14分) 已知数列{n a }中,111
22
n n a n a a +=
-、点(、)在直线y=x 上,其中n=1,2,3… (Ⅰ)令{}是等比数列;求证数列n n n n b a a b ,31--=- (Ⅱ)求数列{}的通项;
n a (Ⅲ)设分别为数列、n n T S {}、n a {}n b 的前n 项和,是否存在实数λ,使得数列n n S T n λ+??
??
??
为等差数列?若存在,试求出λ 若不存在,则说明理由
解:(I )由已知得 111
,2,2
n n a a a n +=
=+
2213313,11,4424
a a a =--=--=-
又11,n n n b a a +=--
1211,n n n b a a +++=--
11112111(1)1
11222.1112n n n n n n n n n n n n n n a n a n a a b a a b a a a a a a +++++++++++-----∴====------
{}n b ∴是以34-为首项,以1
2
为公比的等比数列
(II )由(I )知,13131
(),4222n n n b -=-?=-?
131
1,22n n n a a +∴--=-?
2131
1,22a a ∴--=-?
32231
1,22
a a --=-?
??????
1131
1,22
n n n a a --∴--=-?
将以上各式相加得:
1213111
(1)(),2222n n a a n -∴---=-++???+
11111(1)31313221(1)(1) 2.
12222212
n n n n a a n n n ---∴=+--?=+---=+--
3
2.2
n n a n ∴=+-
(III )解法一: 存在2λ=,使数列{
}n n
S T n
λ+是等差数列 1212111
3()(12)2222
n n n S a a a n n =++???+=++???++++???+-
11(1)
(1)2
2321212
n n n n -+=?+-- 2213333(1) 3.2222
n n n n n n
--=-+=-++
12131(1)
313342(1).222212
n n n n n T b b b +--=++???+==--=-+- 数列{}n
n S T n λ+是等差数列的充要条件是,(n n
S T An B A n
λ+=+、B 是常数) 即2,n n S T An Bn λ+=+
又213333
3()2222n n n n n n S T λλ+-+=-+
++-+ 231
3(1)(1)222
n n n λ-=+--
∴当且仅当102
λ
-
=,即2λ=时,数列{
}n n
S T n
λ+为等差数列 解法二:
存在2λ=,使数列{
}n n
S T n
λ+是等差数列 由(I )、(II )知,22n n a b n +=-
(1)
222n n n S T n +∴+=
- (1)
222n n
n n n n n T T S T n n λλ+--++= 322n n T n
λ--=+
又12131(1)
313342(1)1222212
n n n n n T b b b +--=++???+==--=-+- 13233
()222
n n n S T n n n λλ++--=+-+ ∴当且仅当2λ=时,数列{}n
n
S T n
λ+是等差数列 类型8 r
n n pa a =+1)0,0(>>n a p
解法:这种类型一般是等式两边取对数后转化为q pa a n n +=+1,再利用待定系数法求解。 例:已知数列{n a }中,2
111,1n n a a
a a ?==+)0(>a ,求数列{}.的通项公式n a 解:由21
1n n a a a ?=+两边取对数得a
a a n n 1lg lg 2lg 1+=+,
令n n a b lg =,则a b b n n 1lg
21+=+,再利用待定系数法解得:12)1(-=n n a
a a 。 变式:(2005,江西,理,21.本小题满分12分) 已知数列:,}{且满足的各项都是正数n a .),4(2
1
,110N n a a a a n n n ∈-==+ (1)证明;,21N n a a n n ∈<<+ (2)求数列}{n a 的通项公式a n . 解:用数学归纳法并结合函数)4(2
1
)(x x x f -=的单调性证明: (1)方法一 用数学归纳法证明:
1°当n=1时,,2
3)4(21,10010=-=