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例题精讲 · 第 00250 题 · 自编四组递推·先把「不变量」找出来

给一个递推式求通项,本质是把陌生的数列变回等差或等比:一阶线性的凑常数、分式递推的取倒数、差为已知式的累加、以及累乘型。本文用四组自编递推配两道题,每组给两种独立推导互验,并把求出的通项代回原递推式逐项验证。附递推型—变换手法对照表与四类高发错因。所有首项与系数均为自编示意取值,与任何真实题目无关。

00250题号全 1000 篇 · 第 第42轮 / 第42册 轮
方向数学·导数与解三角形六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 数学导数与解三角形

一、考点定位与做题顺序

求通项不靠猜,靠把递推式改成「某个新数列是等差/等比」。看三类:
① a_{n+1} = p a_n + q(p≠1):找不动点 L 满足 L = pL + q,则 a_n − L 是公比 p 的等比数列;
② 分式型(如 a_{n+1} = a_n/(c a_n + d)):取倒数 b_n = 1/a_n,常化为 b_{n+1} = p b_n + q;
③ a_{n+1} − a_n = f(n):直接累加,注意求和上限是 n−1 不是 n。

每求出一个通项,必做两件事:代回原递推式验前三项、检查 n=1 是否满足(累加/累乘型尤其容易在起点差一项)。下面四组首项与系数均为自编示意取值。

二、逐题精讲

题1

题1 一阶线性与分式递推(两解互验)

自编四组递推(n ≥ 1):
① a₁ = 1,a_{n+1} = 2a_n + 3;
② a₁ = 1,a_{n+1} = a_n/(a_n + 2);
③ a₁ = 2,a_{n+1} = a_n + 2n;
④ a₁ = 3,a_{n+1} = 3a_n − 4。
(1) 分别求四组通项;(2) 每组用「另一种推导」或「前三项回代」独立验证;(3) 指出①与④的不动点各是多少,并说明它怎样决定构造方向。

解析

① 构造等比: 设 a_{n+1} + c = 2(a_n + c),展开得 a_{n+1} = 2a_n + c,对照 a_{n+1}=2a_n+3 得 c = 3。
故 {a_n + 3} 是首项 a₁+3 = 4、公比 2 的等比数列:a_n + 3 = 4·2^{n−1} = 2^{n+1} → a_n = 2^{n+1} − 3。
验证: a₁ = 4−3 = 1 ✓;a₂ = 8−3 = 5 = 2×1+3 ✓;a₃ = 16−3 = 13 = 2×5+3 ✓。另用不动点:L = 2L+3 → L = −3,a_n − (−3) = a_n+3 正是等比 ✓。

② 取倒数: 令 b_n = 1/a_n,则 b_{n+1} = (a_n+2)/a_n = 1 + 2b_n → b_{n+1} + 1 = 2(b_n + 1)。
{b_n + 1} 首项 b₁+1 = 2、公比 2 → b_n + 1 = 2^n → b_n = 2^n − 1 → a_n = 1/(2^n − 1)。
验证: a₁ = 1/(2−1)=1 ✓;a₂ = 1/3,而 1/(1+2)=1/3 ✓;a₃ = 1/7,而 (1/3)/(1/3+2) = (1/3)/(7/3) = 1/7 ✓。另可由 b₃ = 1+2b₂ = 1+2×3 = 7 反得 a₃ = 1/7 ✓ 两路一致。

③ 累加: a_n = a₁ + Σ_{k=1}^{n−1} 2k = 2 + 2·(n−1)n/2 = 2 + n(n−1) = n² − n + 2。
验证: a₁ = 1−1+2 = 2 ✓;a₂ = 4−2+2 = 4 = 2+2×1 ✓;a₃ = 9−3+2 = 8 = 4+2×2 ✓。关口:求和到 n−1;若误写到 n 会得 n²+n+2,a₂ 变 8,与递推矛盾。

④ 构造等比: 设 a_{n+1} − c = 3(a_n − c) → a_{n+1} = 3a_n − 2c,对照 −2c = −4 得 c = 2。
{a_n − 2} 首项 3−2 = 1、公比 3 → a_n − 2 = 3^{n−1} → a_n = 3^{n−1} + 2。
验证: a₁ = 1+2 = 3 ✓;a₂ = 3+2 = 5 = 3×3−4 ✓;a₃ = 9+2 = 11 = 3×5−4 ✓;不动点 L = 3L−4 → L = 2,a_n − L = a_n − 2 正是等比 ✓。

(3) 不动点: ① L = −3;④ L = 2。它给出的正是要平移的量:解 L = pL + q,则 a_{n+1} − L = p(a_n − L),新数列 {a_n − L} 为等比。① 的 L 为负,故写成 a_n + 3;④ 的 L 为正,写成 a_n − 2。不必死记「加 c 还是减 c」,解方程即可。

答案 ① a_n=2^{n+1}−3(L=−3);② a_n=1/(2^n−1);③ a_n=n²−n+2;④ a_n=3^{n−1}+2(L=2)。四组前三项回代均成立,①与④由不动点 L=pL+q 决定平移量。

采分点 四组通项各 2 分;每组前三项回代各 1 分;②取倒数后的线性化 1 分;③求和上限 n−1 的说明 1 分;两个不动点及「a_n−L 成等比」各 1 分。

易错点 ①凑常数时符号弄反(写成 a_{n+1}−3=2(a_n−3));②取倒数后把 b_{n+1}=1+2b_n 误写成 2+b_n;③累加求和写到 n 而非 n−1;④把 c 解成 −2;任何一组不验 n=1 就收笔。

题2

题2 分式一般型与累加变体(两解互验)

(1) 自编:a₁ = 2,a_{n+1} = 2a_n/(a_n + 1)。用取倒数法求通项,并用「不动点 + 前三项回代」另一路验证。
(2) 自编:b₁ = 1,b_{n+1} = b_n + 3ⁿ(n ≥ 1)。求通项;再用 b₄ 的逐项递推值与公式值对照。
(3) 说明:为什么「取倒数」对 a_{n+1} = a_n/(a_n+2) 有效,却对 a_{n+1} = a_n² + 1 无效?

解析

(1) 取倒数: 令 c_n = 1/a_n,则 c_{n+1} = (a_n+1)/(2a_n) = 1/2 + (1/2)c_n → c_{n+1} − 1 = (1/2)(c_n − 1)。
{c_n − 1} 首项 c₁ − 1 = 1/2 − 1 = −1/2、公比 1/2 → c_n − 1 = (−1/2)(1/2)^{n−1} = −(1/2)^n → c_n = 1 − 2^{−n} = (2^n − 1)/2^n → a_n = 2^n/(2^n − 1)。
另路(不动点): 解 L = 2L/(L+1) → L(L+1)=2L → L² − L = 0 → L = 0 或 L = 1。取非零不动点 L=1,考察 a_n − 1:a_{n+1} − 1 = (2a_n − a_n − 1)/(a_n+1) = (a_n−1)/(a_n+1);再对 1/(a_n−1) 线性化亦可,结论同式。
前三项回代: a₁ = 2/1 = 2 ✓;a₂ = 4/3,而 2×2/(2+1) = 4/3 ✓;a₃ = 8/7,而 2×(4/3)/(4/3+1) = (8/3)/(7/3) = 8/7 ✓。且 a_n → 1(趋于不动点 L=1),与「a_n>1 且递减」定性一致 ✓ 两路互验。

(2) 累加: b_n = b₁ + Σ_{k=1}^{n−1} 3^k = 1 + (3(3^{n−1} − 1)/(3−1)) = 1 + (3^n − 3)/2 = (3^n − 1)/2。
逐项对照: b₂ = 1+3 = 4,公式 (9−1)/2 = 4 ✓;b₃ = 4+9 = 13,公式 (27−1)/2 = 13 ✓;b₄ = 13+27 = 40,公式 (81−1)/2 = 40 ✓。等比数列求和上限同样是 n−1,写成 n 会在 n=1 处多出一项。

(3) 有效性判据: 取倒数之所以奏效,是因为 a_{n+1} = a_n/(c a_n + d) 这类分式一次型取倒数后得 1/a_{n+1} = c + (d/a_n) = d·(1/a_n) + c,即关于 1/a_n 的一阶线性式,可继续用构造等比求解。
而 a_{n+1} = a_n² + 1 取倒数得 1/a_{n+1} = 1/(a_n²+1) = 1/((1/c_n)²+1) = c_n²/(1+c_n²),仍是 c_n 的非线性(二次有理)式,没有化成线性递推,故取倒数无效。判据一句话:变换后是否变成「新数列的一阶线性递推」;不是,就换别的手法(本题不展开)。这也说明「找不变量」比「背套路」更可靠。

答案 (1) a_n=2^n/(2^n−1),前三项 2、4/3、8/7 回代成立,不动点 L=1 且 a_n→1;(2) b_n=(3^n−1)/2,b₂/b₃/b₄ = 4/13/40 与逐项递推一致;(3) 分式一次型取倒数后是 1/a_n 的一阶线性式,a_n²+1 取倒数仍为二次有理式,未线性化故无效。

采分点 (1) 取倒数线性化与通项各 2 分、不动点 1 分、前三项回代 1 分、极限方向 1 分;(2) 求和式与通项各 1 分、b₄ 对照 1 分;(3) 「是否化为一阶线性」判据 2 分、二次有理式说明 1 分。

易错点 (1) 把 c_{n+1} 算成 1 + c_n/2(系数错位);不动点解漏掉 L=1;(2) 等比求和上限写成 n;(3) 只答「因为有平方」而不点明「变换后是否线性」这一判据;任何一问不验 n=1。

三、规律小结与对照表

递推型自编示例变换手法通项不动点/关口
a(n+1)=p a+qa(n+1)=2a+3凑 a+3 成等比2^{n+1}−3L=−3,a_n−L 成等比
分式一次型a(n+1)=a/(a+2)取倒数 b=1/a1/(2^n−1)b(n+1)=1+2b
差式累加a(n+1)=a+2nΣ 至 n−1n²−n+2上限 n−1,非 n
p a+q(正不动点)a(n+1)=3a−4凑 a−2 成等比3^{n−1}+2L=2
分式一般型a(n+1)=2a/(a+1)取倒数+线性化2^n/(2^n−1)L=1,a_n→1
等比差累加b(n+1)=b+3ⁿ等比求和(3^n−1)/2验 b₄=40
非线性(无效)a(n+1)=a²+1取倒数仍非线性—变换后须为一阶线性

求通项只做一件事:找一个能变成等差/等比的新数列。一阶线性解 L = pL+q 取 a_n−L;分式一次型取倒数;差式累加记得上限是 n−1。每求出一式,必代回原递推验前三项、并单独验 n=1——绝大多数错都出在起点与求和上限。「取倒数为什么对、什么时候不对」也别背,看变换后是不是一阶线性即可。本文四组首项与系数均为自编示意取值,与任何真实题目无关。

四、自测清单

  • □ 先判递推型:一阶线性 / 分式一次 / 差式 / 非线性;
  • □ 一阶线性的不动点由 L=pL+q 解出,平移量不必死记;
  • □ 取倒数后必须化成一阶线性,否则换手法;
  • □ 累加/等比求和的上限是 n−1,逐项写出再化简;
  • □ 通项必代回原递推验 a₁、a₂、a₃,尤其单独验 n=1;
  • □ 有不动点时顺便看单调与极限方向,作定性互验。
编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(数学):导数及其应用、三角函数、数列、计数与概率相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(数学科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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联招数学·递推数列求通项:构造、取倒数与累加
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