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  • 累乘法

    前言

    求通项公式题型中,如果给定条件最终可以转化为(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=f(n))的形式,或者可以转化为(cfrac{a_n}{a_{n-1}}=f(n))的形式,则我们就可以考虑使用累乘法求通项公式。

    注意事项

    ①由已知的原始表达式衍生出(n-1)个同结构的表达式,其前提条件为(nge 2),但是求积时只需要这(n-1)个表达式,不用原始表达式参与求和,等号左端约分消项的结果往往是(cfrac{a_n}{a_1}),右端约分可消项,故可以求积;同时注意对(n=1)的条件的验证。

    ②等号两端的约分的方向有可能不一样,比如左端是从左下到右上约分,右端可能就变化为从右上到左下约分,注意思维的灵活性。

    ③注意每一个衍生式子的下标与上标的联系,以防止写错。

    适用类型

    累乘法主要适用于以下情形:

    (cfrac{a_{n+1}}{a_n}=q)((q)为常数);

    (cfrac{a_{n+1}}{a_n}=f(n))((f(n))为变量);

    ③能转化为(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=f(n))((f(n))为变量);

    方法介绍

    例1已知正项数列({a_n})(a_1=1)((n+1)a_{n+1}-na_n=0),求数列的通项公式。

    法1:累乘法,变形为(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=cfrac{n}{n+1}),由此式子可得到

    [cfrac{a_n}{a_{n-1}}=cfrac{n-1}{n}, ]

    [cfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}}=cfrac{n-2}{n-1}, ]

    [cfrac{a_{n-2}}{a_{n-3}}=cfrac{n-3}{n-2}, ]

    [cdots,cdots, ]

    [cfrac{a_2}{a_1}=cfrac{1}{2}, ]

    以上(n-1)个式子相乘得到,当(nge 2)时,

    [cfrac{a_n}{a_{n-1}}cdot cfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}}cdot cfrac{a_{n-2}}{a_{n-3}}cdot cdots cfrac{a_2}{a_1}=cfrac{n-1}{n} cdot cfrac{n-2}{n-1} cdotcfrac{n-3}{n-2}cdot cdotscfrac{1}{2} ]

    [cfrac{a_n}{amkern-8.5mu/_{n-1}}cdot cfrac{amkern-8.5mu/_{n-1}}{amkern-8.5mu/_{n-2}}cdot cfrac{amkern-8.5mu/_{n-2}}{amkern-8.5mu/_{n-3}}cdot cdots cfrac{amkern-8.5mu/_2}{a_1}=cfrac{nmkern-8.5mu/-1mkern-8.5mu/}{n} cdot cfrac{nmkern-8.5mu/-2mkern-8.5mu/}{nmkern-8.5mu/-1mkern-8.5mu/} cdotcfrac{nmkern-8.5mu/-3mkern-8.5mu/}{nmkern-8.5mu/-2mkern-8.5mu/}cdot cdotscfrac{1}{2mkern-8.5mu/} ]

    (cfrac{a_n}{a_1}=cfrac{1}{n}),故(a_n=cfrac{1}{n}(nge 2))

    (n=1)时,(a_1=1)满足上式,故所求通项公式(a_n=cfrac{1}{n}(nin N^*))

    解后反思:

    ①用累乘法也可以求等比数列的通项公式,有点大材小用之嫌;

    ②累乘法尤其适用于比值不是相等即变化的情形,比如(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=f(n))的情形。

    ③求解形如(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=f(n))时,表达式(f(n))必须有可乘性。

    比如,(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=cfrac{n}{n+1}=f(n)),此时右端可以用累乘相消简化结果。

    但是像这样的情形,(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=n^2+2n=f(n)),此时右端就不具有可乘性[用现有的方法不能求解其乘积的结果],不能使用这个方法。

    ④你必须意识到不是所有形如(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=f(n))的形式都可以使用累乘法求通项公式。

    法2:如果你对数列(a_{n+1}-a_n=d)中的(a_n)类的内涵理解的比较深刻,那么本题目还可以这样求解,

    由已知容易知道数列({na_n})是首项为1,公差为0的等差数列,

    (na_n=1+(n-1)cdot 0),即(a_n=cfrac{1}{n}(nin N^*))

    典例剖析

    例2在数列({a_n})中,(a_1=1),若(3S_{n}=(n+2)a_n),求(a_n)=_____________。

    提示:本题目属于(S_n=f(n,a_n))且直接求解(a_n)的形式;

    (ngeqslant 2)时,(3S_{n-1}=(n+1)a_{n-1})

    两式作差得到,(3(S_n-S_{n-1})=3a_n=(n+2)a_n-(n+1)a_{n-1}(ngeqslant 2))

    整理为((n-1)a_n=(n+1)a_{n-1}(ngeqslant 2)),即

    [cfrac{a_n}{a_{n-1}}=cfrac{n+1}{n-1} ]

    由上式衍生出以下式子:

    [cfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}}=cfrac{n}{n-2} ]

    [cfrac{a_{n-2}}{a_{n-3}}=cfrac{n-1}{n-3} ]

    [cdots,cdots,cdots ]

    [cfrac{a_{3}}{a_{2}}=cfrac{4}{2} ]

    [cfrac{a_{2}}{a_{1}}=cfrac{3}{1} ]

    以上(n-1)个式子累乘得到,当(ngeqslant 2)时,

    [cfrac{a_n}{a_{n-1}} imescfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}} imescfrac{a_{n-2}}{a_{n-3}} imes cdots imes cfrac{a_{3}}{a_{2}} imes cfrac{a_{2}}{a_{1}}=cfrac{n+1}{n-1} imes cfrac{n}{n-2} imes cfrac{n-1}{n-3} imes cdots imescfrac{4}{2} imescfrac{3}{1} ]

    约分后整理为

    [cfrac{a_n}{a_1}=cfrac{(n+1)n}{2 imes 1}(ngeqslant 2) ]

    (a_n=cfrac{(n+1)n}{2}(ngeqslant 2))

    (n=1)时,(a_1=1=cfrac{(1+1) imes1}{2}),故满足上式,

    即所求通项公式为(a_n=cfrac{n(n+1)}{2}(nin N^*)).

    对应练习

    练1在数列({a_n})中,(a_1=1),若(a_{n+1}=cfrac{n}{n+2}a_n),求(a_n)=_____________。

    提示:由(a_{n+1}=cfrac{n}{n+2}a_n),得到(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=cfrac{n}{n+2})

    则当(ngeqslant 2)时,

    [cfrac{a_{n}}{a_{n-1}}=cfrac{n-1}{n+1} ]

    [cfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}}=cfrac{n-2}{n} ]

    [cfrac{a_{n-2}}{a_{n-3}}=cfrac{n-3}{n-1} ]

    [cdots,cdots,cdots ]

    [cfrac{a_{3}}{a_{2}}=cfrac{2}{4} ]

    [cfrac{a_{2}}{a_{1}}=cfrac{1}{3} ]

    以上(n-1)个式子累乘得到,当(ngeqslant 2)时,

    [cfrac{a_{n}}{a_{n-1}} imescfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}} imescfrac{a_{n-2}}{a_{n-3}} imes cdots imes cfrac{a_{3}}{a_{2}} imes cfrac{a_{2}}{a_{1}}=cfrac{n-1}{n+1} imes cfrac{n-2}{n} imescfrac{n-3}{n-1} imes cdots imes cfrac{2}{4} imes cfrac{1}{3} ]

    约分整理得到,当(ngeqslant 2)时,(cfrac{a_n}{a_1}=cfrac{2 imes 1}{(n+1)n})

    (a_n=cfrac{2}{n(n+1)}(ngeqslant 2))

    再验证(n=1)时,(a_1=1=cfrac{2}{1 imes (1+1)}),满足上式,

    故所求通项公式为(a_n=cfrac{2}{n(n+1)}(nin N^*))

    练2在数列({a_n})中,(a_1=1),若(3a_{n+1}=(1+cfrac{1}{n})^2cdot a_n),求(a_n)=_____________。

    分析:由(3a_{n+1}=(1+cfrac{1}{n})^2cdot a_n),得到(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=cfrac{(n+1)^2}{3cdot n^2}=cfrac{1}{3} imes cfrac{(n+1)^2}{n^2})

    则当(ngeqslant 2)时,

    [cfrac{a_{n}}{a_{n-1}}=cfrac{1}{3} imes cfrac{n^2}{(n-1)^2} ]

    [cfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}}=cfrac{1}{3} imes cfrac{(n-1)^2}{(n-2)^2} ]

    [cdots,cdots,cdots ]

    [cfrac{a_{3}}{a_{2}}=cfrac{1}{3} imes cfrac{3^2}{2^2} ]

    [cfrac{a_{2}}{a_{1}}=cfrac{1}{3} imes cfrac{2^2}{1^2} ]

    以上(n-1)个式子累乘得到,当(ngeqslant 2)时,

    [cfrac{a_{n}}{a_{n-1}} imescfrac{a_{n-1}}{a_{n-2}} imescdots imescfrac{a_{3}}{a_{2}} imescfrac{a_{2}}{a_{1}}=(cfrac{1}{3})^{n-1} imes cfrac{n^2}{(n-1)^2} imes cfrac{(n-1)^2}{(n-2)^2} imes cdots imescfrac{3^2}{2^2} imescfrac{2^2}{1^2} ]

    (cfrac{a_n}{a_1}=cfrac{n^2}{3^{n-1}}(ngeqslant 2)),即(a_n=cfrac{n^2}{3^{n-1}}(ngeqslant 2))

    再验证(n=1)时,(a_1=1)(cfrac{1^2}{3^{1-1}}=1),满足上式,

    故所求通项公式为(a_n=cfrac{n^2}{3^{n-1}}(nin N^*)).

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