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利用“不动点”法巧解高考题
由递推公式求其数列通项历来是高考的重点和热点题型,对那些已知递推关系但又难求通项的数列综合问题,充分运用函数的相关性质是解决这类问题的着手点和关键.与递推关系对应的函数的“不动点”决定着递推数列的增减情况,因此我们可以利用对函数“不动点”问题的研究结果,来简化对数列通项问题的探究。笔者在长期的教学实践中,不断总结探究反思,对那些难求通项的数列综合问题,形成利用函数不动点知识探究的规律性总结,以期对同学们解题有所帮助.
1 不动点的定义
一般的,设的定义域为,若存在,使成立,则称为的
不动点,或称为图像的不动点。
2 求线性递推数列的通项
定理1 设,且为的不动点,满足递推关系,,证明是公比为a的等比数列。
证:∵是的不动点,所以,所以,所以,∴数列是公比为的等比数列。
例1 (2010上海文数21题)已知数列的前项和为,且,
(1)证明:是等比数列;(2)求数列的通项公式,并求出使得成立的最小正整数.
证:(1) 当n=1时,a1=-14;当时,an=Sn-Sn-1=-5an+5an-1+1,即即,记,令,求出不动点,由定理1知:,又a1-1= -15 ≠0,所以数列{an-1}是等比数列。(2)解略。
3 求非线性递推数列的通项
定理2 设,且是的不动点,数列满足递推关系,,(ⅰ)若,则数列是公比为的等比数列;(ⅱ),则数列是公差为的等差数列。
证:(ⅰ)由题设知;
同理
∴,
所以数列是公比为的等比数列。
(ⅱ)由题设知=的解为,∴且=。所以
,所以数列是公差为的等差数列。
例2 (2006年全国Ⅱ卷22题)设数列的前项和为,且方程有一根为。求数列的通项公式。
解:依题,且,将代入上式,得,记,令,求出不动点,由定理2(ⅱ)知:,所以数列是公差为的等差数列,所以,因此数列的通项公式为。
例3 (2010年全国卷Ⅰ22题)已知数列中,
(Ⅰ)设,求数列的通项公式. (Ⅱ)求使不等式成立的的取值范围 .
解:(Ⅰ)依题,记,令,求出不动点;由定理2(ⅰ)知:, ;
两式相除得到,所以是以为公比,为首项的等比数列,所以,从而(Ⅱ)解略。
定理3 设,且是的不动点,数列满足递推关系,,则有;若,则是公比为的等比数列。
证:∵是的不动点,∴,。
,又,则,
∴,故是公比为的等比数列。
例4 (2010东城区二模试题)已知数列满足,.⑴求证:;⑵求证:;⑶求数列的通项公式.
证:⑴、⑵证略;⑶依题,记,令,求出不动点;由定理3知:,,
所以,又,所以.
又,令,则数列是首项为,公比为的等比数列.所以.由,得.所以.
利用函数“不动点”法求解较复杂的递推数列的通项问题,并不局限于以上三种类型,基于高考数列试题的难度,本文不再对更为复杂的递推数列进行论述,以下两个定理供有兴趣的同学探究证明。
定理4 设且是的最小不动点,数列满足递推关系,,则有
定理5 设且是的不动点,数列满足递推关系,,则有
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