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已知a1=1,an+1=3an+1,求通项an.

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解决时间 2021-01-03 15:00
已知a1=1,an+1=3an+1,求通项an.
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解法1(迭代法)利用递推式,将已知的an的值反复代入,有   a1=1,a2=3a1+1=3+1,a3=3a2+1=32+3+1,a4=3a3+1=33+32+3+1,可见an=3n-1+3n-2+…+3+1.   由等比数列求和公式1+3+…+3n-2+3n-1=1-3n1-3,从而得an=3n-12.   点评对于不熟悉的递推数列,通常可用迭代法试求.但应注意不要把每项都计算出具体数值,而应保持其算式,以便从过程中观察出规律,得到结论.   解法2(求差法)借助熟知的等差数列、等比数列的思想方法.   将an+2=3an+1+1与an+1=3an+1相减,有   an+2-an+1=3(an+1-an),即an+2-an+1an+1-an=3(*).   视an+1-an为一整体,记bn=an+1-an,则有bn+1bn=3.可见{bn}是公比为3的等比数列,它的首项b1=a2-a1=(3a1+1)-a1=3.所以   bn=b1×3n-1=3n,即an+1-an=3n.   再将已知递推公式代入,有(3an+1)-an=3n,从而得an=3n-12.   另解由(*)式可知{an+1-an}是公比为3,首项为a2-a1=3的等比数列.   由恒等式an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)(**)   有an=1+3+32+…+3n-1=3n-12.   点评解法2采用等差、等比数列的探求方法,先用差的方法,并将an+1-an视为一个整体,得到等比数列.而另解中巧用数列恒等式(**),更使问题轻松获解,这个恒等式在数列问题中经常用到,应充分重视.   解法3(求商法)在递推式an+1=3an+1两边同除以3n+1,得an+13n+1=an3n+(13)n+1,即an+13n+1-an3n=(13)n+1   视an3n为一整体,利用恒等式(**)有   an3n=a13+(a232-a13)+(a333-a232)+…+(an3n-an-13n-1)   =13+(13)2+(13)3+…+(13)n=13[1-(13)n]1-13,   从而得an=3n-12.   点评一般地,对于递推数列an+1=pan+q,可以两边同除以pn+1,得到   an+1pn+1-anpn=q(1p)n+1,再用恒等式(**)可获解.   解法4(待定系数法)假设an+1=3an+1可化成如下形式   an+1-x=3(an-x),即an+1=3an-2x.   与an+1=3an+1比较对应项系数,可知-2x=1,得x=-12.   这样,{an+12}是公比为3,首项为a1+12=32的等比数列.因此an+12=32×3n-1,从而得an=3n-12.   点评待定系数法的关键是假设的形式是否合理,若不合理,则求不出待定的系数.从解法4可以知道本例原型高考题(证明{an+12}是等比数列,并求{an}的通项公式)的由来.对于形如an+1=pan+q的递推数列,都可以用待定系数法求解.推导如下:   假设可化成an+1-x=p(an-x),即an+1=pan+(1-p)x.   与原递推式an+1=pan+q比较对应项系数,有(1-p)x=q,得x=q1-p.   那么{an-x}即{an-q1-p}是公比为p的等比数列.   解法5(特征根法)如果对于递推式an+1=pan+q,视an+1与an为未知数x,那么有x=px+q,求得x=q1-p.这与以上用待定系数法求得的x相同.为了便于记忆,我们称x=px+q为递推式an+1=pan+q的特征方程,解得的x=q1-p称为特征根.根据这个结论,递推式an+1=3an+1的特征方程是x=3x+1,解得的特征根x=-12.这样,{an-(-12)},即{an+12}是公比为3,首项为a1+12=32的等比数列.所以an+12=32×3n-1,从而an=3n-12.   点评特征根法是求解形如an+1=pan+q递推数列的通项公式最简单、最快捷的方法.同学们不妨换个题目试用一下,来体会这种方法的优越性.
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