5.1.2 数列中的递推
课标要求
素养要求
1.了解用递推公式表示数列,会由递推公式写出数列的前n项.2.会利用数列的前n项和求出数列的通项公式.
由一些简单的递推公式求数列的通项公式,发展学生的数学抽象素养、数学运算素养和逻辑推理素养.
新知探究
历史上有一个有名的关于兔子的问题:假设有一对兔子(一雄一雌),长两个月它们就算长大成年了.然后每个月都会生出1对兔子,生下来的兔子也都是长两个月就算成年,然后每个月也都会生出1对兔子.这里假设兔子不会死,且每次都是只生1对兔子.
第一个月,只有1对兔子;
第二个月,小兔子还没长成年,还是只有1对兔子;
第三个月,兔子长成年了,同时生了1对小兔子,因此有两对兔子;
第四个月,成年兔子又生了1对兔子,加上自己及上月生的小兔子,共有3对兔子;
第五个月,成年兔子又生了1对兔子,第三月生的小兔子现在已经长成年了且生了1对小兔子,加上本身两只成年兔子及上月生的小兔子,共5对兔子;
问题1 过了一年之后,会有多少对兔子?
提示 我们可以把这些兔子的数量以对为单位列出数字就能得到一组数字:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233.所以,过了一年之后,总共会有233对兔子.
问题2 兔子的对数所组成的数列为1,1,2,3,5,8,13,…这个数列的第n项an,第n+1项an+1,第n+2项an+2有何关系?
提示 an+an+1=an+2.
1.递推公式
如果已知数列的首项(或前几项),且数列的相邻两项或两项以上的关系都可以用一个公式来表示,则称这个公式为数列的递推关系(也称为递推公式或递归公式).
2.数列的前n项和
一般地,给定数列{an},称Sn=a1+a2+…+an为数列{an}的前n项和.如果数列{an}的前n项和为Sn,则an=
拓展深化
[微判断]
1.递推公式是表示数列的一种方法.(√)
2.所有的数列都有递推公式.(×)
提示 递推公式是数列的一种表示方法,与通项公式一样,并不是所有的数列都有递推公式.
3.若数列{an}的前n项和Sn满足Sn>Sn-1,则数列是递增数列.(×)
提示 Sn-Sn-1=an,其中n≥2,由Sn>Sn-1得an>0,并不能判断{an}是否为递增数列.
[微训练]
1.数列1,3,6,10,15,…的递推公式是( )
A.an+1=an+n,n∈N+
B.an=an-1+n,n∈N+,n≥2
C.an+1=an+(n+1),n∈N+,n≥2
D.an=an-1+(n-1),n∈N+,n≥2
解析 a2-a1=2,a3-a2=3,a4-a3=4,故an-an-1=n,且n≥2,n∈N+.
答案 B
2.在数列{an}中,a1=,an=(-1)n·2an-1(n≥2),则a5=________.
解析 a1=,∴a2=2a1=,a3=-2a2=-,a4=2a3=-,a5=.
答案
3.数列{an}的前n项和Sn=3n,则通项公式为________.
解析 n=1时,a1=S1=3;n≥2时,an=Sn-Sn-1=3n-3n-1=2×3n-1.
答案 an=
[微思考]
数列的通项公式与递推公式有何区别?
提示 通项公式直接反映an和n之间的关系,即an是n的函数,知道任意一个具体的n值,就可以求出该项的值an;而递推公式则是间接反映数列的式子,它是数列任意两个(或多个)相邻项之间的推导关系,不能由n直接得出an.
题型一 数列的递推公式
角度1 由数列的若干项归纳递推公式
【例1】 分别写出下列数列的一个递推公式,并求各数列的第6项.
(1)13,31,49,67,…,
(2)1,3,7,15,….
解 (1)由a2-a1=31-13=18,a3-a2=49-31=18,a4-a3=67-49=18,
故可得,递推公式为an=an-1+18(n≥2),
∴a5=67+18=85,a6=a5+18=103.
(2)由a2-a1=2,a3-a2=4=22,a4-a3=8=23,
所以an-an-1=2n-1(n≥2),
a5=a4+24=31,a6=a5+25=63.
规律方法 递推公式是反映数列相邻两项(或几项)间的关系的,所以寻找数列的递推关系,也常从数列相邻项有何变化着手,常考虑的变化有:数列是递增数列还是递减数列,若递增,增幅有什么规律.
【训练1】 (1)传说古希腊毕达哥拉斯学派的数学家经常在沙滩上研究数学问题,他们在沙滩上画点或用小石子来表示数.比如,他们将石子摆成如图所示的三角形点阵,就将其所对应石子的个数称为三角形数,则a2=a1+________,a3=a2+________,a4=a3+________,由此归纳出an=an-1+________.
(2)图中的三角形图案称为谢宾斯基三角形,在四个三角形图案中,着色的小三角形的个数依次构成一个数列的前4项,这个数列的递推公式为________.
解析 (1)a2-a1=2,a3-a2=3,…,∴an-an-1=n.
(2)由图知,这四个三角形图案中着色的小三角形个数分别为a1=1,a2=3a1=3,a3=3a2=9,a4=3a3=27,故有递推公式为an+1=3an,a1=1,n∈N+.
答案 (1)2 3 4 n (2)an+1=3an,a1=1(n∈N+)
角度2 由递推公式求数列的前若干项
【例2】 已知数列{an}满足下列条件,写出它的前5项.
(1)a1=0,an+1=an+(2n-1);(2)a1=1,an+1=.
解 (1)∵a1=0,an+1=an+(2n-1),
∴a2=a1+(2×1-1)=0+1=1;
a3=a2+(2×2-1)=1+3=4;
a4=a3+(2×3-1)=4+5=9;
a5=a4+(2×4-1)=9+7=16.
(2)∵a1=1,an+1=,
∴a2==,a3==,
a4==,a5==,
∴它的前5项依次是1,,,,.
规律方法 (1)根据递推公式写数列的前几项,要弄清公式中各部分的关系,依次代入计算即可.
(2)若知道的是首项,通常将所给公式整理成用前面的项表示后面的项的形式;若知道的是末项,通常将所给公式整理成用后面的项表示前面的项的形式.
【训练2】 设数列{an}满足写出这个数列的前5项.
解 由题意可知a1=1,a2=1+=1+=2,
a3=1+=1+=,a4=1+=1+=,
a5=1+=1+=.
题型二 由递推公式求通项
【例3】 已知数列{an},a1=1,以后各项由an=an-1+(n≥2)给出.
(1)写出数列{an}的前5项;
(2)求数列{an}的通项公式.
解 (1)a1=1;a2=a1+=;a3=a2+=;
a4=a3+=;a5=a4+=.
(2)由an=an-1+得an-an-1=(n≥2),
∴an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a3-a2)+(a2-a1)+a1
=++…+++1
=(-)+(-)+…+(-)+(1-)+1
=-+1+1=2-=(n∈N+).
规律方法 由递推公式求通项公式的技巧
(1)由数列的递推公式求通项公式是数列的重要问题之一,是高考考查的热点,累加法、累乘法、迭代法是解决这类问题的常用技巧.
(2)当an-an-1=f(n)且满足一定条件时,常用an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1来求an.
(3)当=f(n)且满足一定条件时,常用an=··…···a1来求an.
【训练3】 设{an}是首项为1的正项数列,且(n+1)a-na+an+1an=0(n=1,2,3,…),求它的通项公式.
解 ∵(n+1)a-na+an+1an=0,
∴(an+1+an)[(n+1)an+1-nan]=0.
又∵an>0,∴an+1+an>0.∴(n+1)an+1-nan=0,
即=.
∴···…·=×××…×.
∴=.又
a1=1,∴an=.
题型三 由Sn求an
【例4】 已知下列各数列{an}的前n项和Sn的公式,求{an}的通项公式.
(1)Sn=(-1)n+1n;
(2)Sn=4n-2.
解 (1)当n=1时,a1=S1=1.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(-1)n+1·n-(-1)n·(n-1)=(-1)n·(-2n+1).
令n=1,则a1=(-1)1×(-2×1+1)=1=S1.
综上可得,an=(-1)n·(-2n+1)(n∈N+).
(2)当n=1时,a1=S1=2.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=3·4n-1.
令n=1,则a1=3×41-1=3≠S1.
综上可得,an=
规律方法 对于任何一个数列,它的前n项和Sn与通项an都有这样的关系:an=
若a1适合an(n≥2),则用一个公式表示an,若a1不适合an(n≥2),则要用分段形式表示an.要注意运用关系式an=Sn-Sn-1时,前提条件是n≥2,而当n=1时,a1=S1.
【训练4】 已知数列{an}的前n项和Sn=n2+n+1,求通项an.
解 当n=1时,a1=S1=3.
当n≥2时,Sn-1=(n-1)2+(n-1)+1,
∴an=Sn-Sn-1=n2+n+1-(n-1)2-(n-1)-1=2n,
且n=1时不适合an=2n,
∴an=
一、素养落地
1.由一些简单的递推公式求通项公式,提升学生的数学抽象素养、数学运算素养和逻辑推理素养.
2.递推公式的理解与应用
(1)与所有的数列不一定都有通项公式一样,并不是所有的数列都有递推公式.
(2)递推公式也是给出数列的一种重要方法,递推公式和通项公式一样都是关于项数n的恒等式,如果用符合要求的正整数依次去替换n,就可以求出数列的各项.
(3)递推公式通过赋值可逐项求出数列的项,直至求出数列的任何一项和所需的项.
(4)运用递推法给出数列,不容易了解数列的全貌,计算也不方便,所以我们经常用它得出数列的通项公式或者得到一个特殊数列,比如具有周期性质的数列.
3.数列前n项和Sn与an的关系
在n=1时,a1=S1,而n≥2时,an=Sn-Sn-1,即an=若a1适合an(n≥2),则用一个公式表示an,若不适合就写成分段函数形式.
二、素养训练
1.已知数列{an}满足a1=,anan-1=an+an-1,则这个数列的第5项是( )
A.1
B.
C.
D.
解析 a1=,则a2=a2+,∴a2=-1,-a3=a3-1,∴a3=,则a4=-1,a5=.
答案 B
2.已知数列{an}中,an-1=man+1(n>1),且a2=3,a3=5,则实数m等于( )
A.
B.
C.2
D.3
解析 由题意得a2=ma3+1,即3=5m+1,∴m=.
答案 A
3.已知数列an的前n项和为Sn=2n-1,则an=________.
解析 由Sn=2n-1得,当n=1时,a1=S1=1,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-1-(2n-1-1)=2n-1,且a1=20=1,∴an=2n-1.
答案 2n-1
4.若数列{an}的前n项和Sn=log3(n+1),则a5=________.
解析 a5=S5-S4=log36-log35=log3.
答案 log3
基础达标
一、选择题
1.已知an+1-an-3=0,则数列{an}是( )
A.递增数列
B.递减数列
C.常数列
D.不能确定
解析 an+1-an=3>0,故数列{an}为递增数列.
答案 A
2.用火柴棒按下图的方法搭三角形:
按图示的规律搭下去,则所用火柴棒数an与所搭三角形的个数n之间的关系式可以是( )
A.an=2n-1
B.an=2n+1
C.an=2n
D.an=2n
解析 a1=3,a2=3+2=5,a3=3+2+2=7,a4=3+2+2+2=9,…,∴an=2n+1.
答案 B
3.在数列{an}中,a1=1,对所有的n≥2,都有a1·a2·a3·…·an=n2,则a3+a5等于( )
A.
B.
C.
D.
解析 a1a2a3=32,a1a2=22,a1a2a3a4a5=52,a1a2a3a4=42,则a3==,a5==.故a3+a5=.
答案 C
4.在数列{an}中,a1=2,an+1=an+ln(1+),则an等于( )
A.2+ln
n
B.2+(n-1)ln
n
C.2+nln
n
D.1+n+ln
n
解析 由题意可知:an+1=an+ln,
即an+1-an=ln(n+1)-ln
n,
于是an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a2-a1)+a1
=ln
n-ln(n-1)+ln(n-1)-ln(n-2)+…+ln
2-ln
1+2=2+ln
n.
答案 A
5.若a1=1,an+1=,则数列{an}的第4项是( )
A.
B.
C.
D.
解析 a2===,a3===,a4===.
答案 C
二、填空题
6.在数列1,1,2,3,5,8,13,x,34,55,…中,x的值是________.
解析 数列从第3项起,每一项都等于它前面相邻两项的和,则x=8+13=21.
答案 21
7.在数列{an}中,a1=1,an+1an=a+(-1)n+1(n∈N+),则=________.
解析 a2=2,a3=,==eq
\f(a+1,a-1)=.
答案
8.已知数列{an}的前n项和Sn=-n2+10n+11,则其通项公式为________.
解析 n=1时,a1=S1=20;n≥2时,an=Sn-Sn-1=(-n2+10n+11)-[-(n-1)2+10(n-1)+11]=-2n+11,∴an=
答案 an=
三、解答题
9.根据下列条件,写出数列的前四项,并归纳猜想数列的通项公式.
(1)a1=0,an+1=an+2n-1(n∈N+).
(2)a1=1,an+1=an+(n∈N+).
(3)a1=2,a2=3,an+2=3an+1-2an(n∈N+).
解 (1)a1=0,a2=1,a3=4,a4=9.猜想an=(n-1)2.
(2)a1=1,a2=,a3=,a4=.猜想an=.
(3)a1=2,a2=3,a3=5,a4=9.猜想an=2n-1+1.
10.在数列{an}中,a1=2,an+1=an,求{an}的通项公式.
解 ∵an+1=an,∴=.∴=2,=,=,…,=(n≥2).
把上述等式左右两边分别相乘,
得×××…×=2×××…×,
即=n,而a1=2,∴an=2n.
能力提升
11.已知数列{an}满足an+1=若a1=,则a2
021=________.
解析 计算得a2=,a3=,a4=,故数列{an}是以3为周期的周期数列,
又知2
021除以3等于673余2,所以a2
021=a2=.
答案
12.已知数列{an}满足a1=1,an+1=pan+qn,其中p,q均为正数,且a2=3,a4=13.
(1)求p,q的值;
(2)求an+3与an的递推关系式.
解 (1)由已知可得a2=pa1+q,即p+q=3,
a4=pa3+3q=p(pa2+2q)+3q=p2a2+2pq+3q,
即3p2+2pq+3q=13,
由得或
因为p,q均为正数,所以p=1,q=2.
(2)由(1)知an+1=an+2n,
则an+2=an+1+2(n+1)=(an+2n)+2(n+1)=an+4n+2.
故an+3=an+2+2(n+2)=an+6n+6.
创新猜想
13.(多选题)已知数列{xn}满足x1=a,x2=b,xn+1=xn-xn-1(n≥2),则下列结论正确的是( )
A.x2
020=a
B.x2
022=a-b
C.x11=x2
021
D.x1+x2+…+x2
020=2b-a
解析 x1=a,x2=b,x3=x2-x1=b-a,
x4=x3-x2=-a,x5=x4-x3=-b,x6=x5-x4=a-b,
x7=x6-x5=a=x1,x8=x7-x6=b=x2,
∴{xn}是周期数列,周期为6,
∴x2
020=x4=-a,A不正确;
x2
022=x6=a-b,B正确;
x2
021=x5=x11,C正确;
x1+x2+…+x2
020=x1+x2+x3+x4=2b-a,D正确.
答案 BCD
14.(多选题)在数列{an}中,已知a1=1,Sn=n2an,则下列式子成立的是( )
A.a2=
B.Sn=
C.=
D.an=
解析 a1=1,S2=4a2,S2-S1=a2,
即4a2-a1=a2,∴a2=,A正确.
又Sn-1=(n-1)2an-1(n≥2),∴an=Sn-Sn-1=n2an-(n-1)2an-1,
∴(n2-1)an=(n-1)2an-1,即=,故C错.
∴an=··…·=,代入Sn=n2an=,故B,D正确.
答案 ABD(共32张PPT)
5.1.2 数列中的递推
课标要求
素养要求
1.了解用递推公式表示数列,会由递推公式写出数列的前n项.
2.会利用数列的前n项和求出数列的通项公式.
由一些简单的递推公式求数列的通项公式,发展学生的数学抽象素养、数学运算素养和逻辑推理素养.
新识探究
历史上有一个有名的关于兔子的问题:假设有一对兔子(一雄一雌),长两个月它们就算长大成年了.然后每个月都会生出1对兔子,生下来的兔子也都是长两个月就算成年,然后每个月也都会生出1对兔子.这里假设兔子不会死,且每次都是只生1对兔子.
第一个月,只有1对兔子;
第二个月,小兔子还没长成年,还是只有1对兔子;
第三个月,兔子长成年了,同时生了1对小兔子,因此有两对兔子;
第四个月,成年兔子又生了1对兔子,加上自己及上月生的小兔子,共有3对兔子;
第五个月,成年兔子又生了1对兔子,第三月生的小兔子现在已经长成年了且生了1对小兔子,加上本身两只成年兔子及上月生的小兔子,共5对兔子;
问题1 过了一年之后,会有多少对兔子?
提示 我们可以把这些兔子的数量以对为单位列出数字就能得到一组数字:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233.所以,过了一年之后,总共会有233对兔子.
问题2 兔子的对数所组成的数列为1,1,2,3,5,8,13,…这个数列的第n项an,第n+1项an+1,第n+2项an+2有何关系?
提示 an+an+1=an+2.
1.递推公式
如果已知数列的__________________,且数列的__________或__________的关系都可以用一个公式来表示,则称这个公式为数列的递推关系(也称为递推公式或递归公式).
首项(或前几项)
相邻两项
两项以上
拓展深化
[微判断]
1.递推公式是表示数列的一种方法.(
)
2.所有的数列都有递推公式.(
)
提示 递推公式是数列的一种表示方法,与通项公式一样,并不是所有的数列都有递推公式.
3.若数列{an}的前n项和Sn满足Sn>Sn-1,则数列是递增数列.(
)
提示 Sn-Sn-1=an,其中n≥2,由Sn>Sn-1得an>0,并不能判断{an}是否为递增数列.
√
×
×
[微训练]
1.数列1,3,6,10,15,…的递推公式是( )
A.an+1=an+n,n∈N+
B.an=an-1+n,n∈N+,n≥2
C.an+1=an+(n+1),n∈N+,n≥2
D.an=an-1+(n-1),n∈N+,n≥2
解析 a2-a1=2,a3-a2=3,a4-a3=4,故an-an-1=n,且n≥2,n∈N+.
答案 B
3.数列{an}的前n项和Sn=3n,则通项公式为________.
解析 n=1时,a1=S1=3;n≥2时,an=Sn-Sn-1=3n-3n-1=2×3n-1.
[微思考]
数列的通项公式与递推公式有何区别?
提示 通项公式直接反映an和n之间的关系,即an是n的函数,知道任意一个具体的n值,就可以求出该项的值an;而递推公式则是间接反映数列的式子,它是数列任意两个(或多个)相邻项之间的推导关系,不能由n直接得出an.
题型一 数列的递推公式
角度1 由数列的若干项归纳递推公式
【例1】 分别写出下列数列的一个递推公式,并求各数列的第6项.
(1)13,31,49,67,…,
(2)1,3,7,15,….
解 (1)由a2-a1=31-13=18,a3-a2=49-31=18,a4-a3=67-49=18,
故可得,递推公式为an=an-1+18(n≥2),
∴a5=67+18=85,a6=a5+18=103.
(2)由a2-a1=2,a3-a2=4=22,a4-a3=8=23,
所以an-an-1=2n-1(n≥2),a5=a4+24=31,a6=a5+25=63.
规律方法 递推公式是反映数列相邻两项(或几项)间的关系的,所以寻找数列的递推关系,也常从数列相邻项有何变化着手,常考虑的变化有:数列是递增数列还是递减数列,若递增,增幅有什么规律.
【训练1】 (1)传说古希腊毕达哥拉斯学派的数学家经常在沙滩上研究数学问题,他们在沙滩上画点或用小石子来表示数.比如,他们将石子摆成如图所示的三角形点阵,就将其所对应石子的个数称为三角形数,则a2=a1+________,a3=a2+________,a4=a3+________,由此归纳出an=an-1+________.
(2)图中的三角形图案称为谢宾斯基三角形,在四个三角形图案中,着色的小三角形的个数依次构成一个数列的前4项,这个数列的递推公式为________.
解析 (1)a2-a1=2,a3-a2=3,…,∴an-an-1=n.
(2)由图知,这四个三角形图案中着色的小三角形个数分别为a1=1,a2=3a1=3,a3=3a2=9,a4=3a3=27,故有递推公式为an+1=3an,a1=1,n∈N+.
答案 (1)2 3 4 n (2)an+1=3an,a1=1(n∈N+)
解 (1)∵a1=0,an+1=an+(2n-1),
∴a2=a1+(2×1-1)=0+1=1;
a3=a2+(2×2-1)=1+3=4;
a4=a3+(2×3-1)=4+5=9;
a5=a4+(2×4-1)=9+7=16.
规律方法 (1)根据递推公式写数列的前几项,要弄清公式中各部分的关系,依次代入计算即可.
(2)若知道的是首项,通常将所给公式整理成用前面的项表示后面的项的形式;若知道的是末项,通常将所给公式整理成用后面的项表示前面的项的形式.
∴an=(an-an-1)+(an-1-an-2)+…+(a3-a2)+(a2-a1)+a1
∴(an+1+an)[(n+1)an+1-nan]=0.
又∵an>0,∴an+1+an>0.∴(n+1)an+1-nan=0,
题型三 由Sn求an
【例4】 已知下列各数列{an}的前n项和Sn的公式,求{an}的通项公式.
(1)Sn=(-1)n+1n;(2)Sn=4n-2.
解 (1)当n=1时,a1=S1=1.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=(-1)n+1·n-(-1)n·(n-1)=(-1)n·(-2n+1).
令n=1,则a1=(-1)1×(-2×1+1)=1=S1.
综上可得,an=(-1)n·(-2n+1)(n∈N+).
(2)当n=1时,a1=S1=2.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=3·4n-1.
令n=1,则a1=3×41-1=3≠S1.
【训练4】 已知数列{an}的前n项和Sn=n2+n+1,求通项an.
解 当n=1时,a1=S1=3.
当n≥2时,Sn-1=(n-1)2+(n-1)+1,
∴an=Sn-Sn-1=n2+n+1-(n-1)2-(n-1)-1=2n,
且n=1时不适合an=2n,
一、素养落地
1.由一些简单的递推公式求通项公式,提升学生的数学抽象素养、数学运算素养和逻辑推理素养.
2.递推公式的理解与应用
(1)与所有的数列不一定都有通项公式一样,并不是所有的数列都有递推公式.
(2)递推公式也是给出数列的一种重要方法,递推公式和通项公式一样都是关于项数n的恒等式,如果用符合要求的正整数依次去替换n,就可以求出数列的各项.
(3)递推公式通过赋值可逐项求出数列的项,直至求出数列的任何一项和所需的项.
(4)运用递推法给出数列,不容易了解数列的全貌,计算也不方便,所以我们经常用它得出数列的通项公式或者得到一个特殊数列,比如具有周期性质的数列.
答案 B
答案 A
3.已知数列an的前n项和为Sn=2n-1,则an=________.
解析 由Sn=2n-1得,当n=1时,a1=S1=1,
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-1-(2n-1-1)=2n-1,且a1=20=1,∴an=2n-1.
答案 2n-1
4.若数列{an}的前n项和Sn=log3(n+1),则a5=________.