
内容提要
本书汇集了有关递推关系的知识,包括了几个部分:首先是递推关系的一般认识.接着是本书的重点部分——讨论了递推关系与通项公式、前n项和的互求:从递推关系求通项公式——分类讨论和思想方法汇总,从递推关系求前n项和公式,从通项公式求递推关系,在这些章节中,既有例题、习题的种种解法,又进行了归类;既研究技能技巧又从思想方法角度加以分析.最后部分是关于递推关系理论的初步探讨,以及在计算机时代,为什么递推关系(迭代)能大放异彩.
在递推关系方面,本书是收集、整理得比较完整的一本参考书.适合高中师生学习参考.
前言
递推关系,在高考中常有出现,也是高中教科书中一个重要的内容.它不仅是数列章节的基础概念之一,而且在解决实际问题时具有广泛的应用.但是限于篇幅原因,教科书里没有完整地进行过介绍,因此,广大师生迫切需要有这方面的参考书.
本书是一本比较全面叙述递推关系的书籍,包括从递推关系求数列的通项(各种类型、各种方法)与前n项和公式;从通项公式求递推关系;以及从递推关系着手研究数列的特性(有界性、单调性)与数列的极限,并收集了高考题中一部分有关递推关系的题目;最后,简单讲述递推关系在计算机中的应用.
这本书的编写有几个特点:第一是讲述解题方法和技巧,第二是把这些方法和技巧分类有序呈现,第三是再从思想方法角度加以总结.我和我的团队非常推崇张景中院士提出的解题“中巧说”,在学习“中巧说”的基础上,编写了《数学习题教学研究》《陈永明讲评数学题——高中习题归类研讨》和《陈永明讲评数学题——初中习题归类研讨》,本书延续了这种风格.对高中数学教师和高中生来说,这可能是较好的辅助资料,希望对大家有所帮助.
一本优秀的教参,还应该有更高的要求:既能讲述解题方法和技巧,又要“翘一翘尾巴”——从理论上稍加发挥.本书除了编排上的三个特点之外,还对递推关系的性质(单调性、有界性、极限)做了一点探讨,可能可以满足高中教师的需求.
我一直认为,我国的基础教育很扎实,但是有点“坐井观天”,在初等数学的小圈圈里打转,不了解书本之外的事情.譬如,我们书本上讲了二次方程,而且学了不少解题技巧,可就到此为止了.学生一般不会问:“讲了一次方程、二次方程,那么三次方程为什么不讲啊?”学生能不能问和问不问这样的问题,性质是大不一样的.所以,教材要给学生“留白”,要诱导学生去了解“井”外的广阔的天地.本书想对高中生“留”个“白”,看看我们反复练习的数列、递推关系究竟有什么用处.
学习递推关系,不仅有助于参加高考,其实还有更深的意义.
不可否认,在笔算的年代,数列的通项公式比较好用.譬如求某数列的第100项的值,只要将n=100代入到通项公式中去,结果立马出来了.如果用递推关系来求,先要由第一项求出第二项,再由第二项求出第三项……最后由第99项求出第100项,真是少慢差费.但是,在计算机飞速发展的今天,情况发生了逆转,递推关系更显示出强大的生命力.计算机不怕麻烦,不怕复杂,只要利用递推关系设定了程序,结果马上算出来.计算机大量运用迭代,其实迭代就是递推关系的一种运用.
总的来说,递推关系和通项公式都是描述数列的重要工具.递推关系提供了一种从已知项出发计算未知项的方法,在计算机科学、物理学、生物学等领域都有广泛的应用.例如,在计算机科学中,动态规划算法常常使用递推关系来解决问题.而通项公式则直接给出了数列中任意一项的具体数值,在物理、工程等领域都有广泛的应用.例如,在物理学中,我们可以使用通项公式来描述物体的运动规律;在工程学中,我们可以使用通项公式来计算某种结构或系统的特性.它们在不同的应用场景下都有着重要的作用.
本书是在我的一本旧作基础上修订的,参与修订的有徐卫文、陶烨昕、李瑾、陈永明.
陈永明2024年1月
第一章递推关系的意义1
第一节递推关系和数列的归纳定义1
第二节几个著名的例子6
第二章从递推关系求通项公式——几种常见类型14
第一节an+1=an+f(n)型14
第二节an+1=an·f(n)型19
第三节an+1=pan+q型22
第四节an+1=pan+qn型27
第五节an+1·an=pqn型31
第六节an+1=pan+q(n)型33
第七节an+1=p(n)an+q(n)型36
第八节an+2+pan+1+qan=r(r=0)型43
第九节an+2+pan+1+qan=r(r≠0)型48
第十节an+1=panran+s型53
第十一节an+1=pan+qran+s型55
第十二节an+1=Aakn型和akn+2=Aaln+1amn型66
第十三节一次联立递推关系71
第三章从递推关系求通项公式——解法的进一步研究78
第一节数学归纳法78
第二节变换法83
第三节累加法91
第四节特征方程法94
第五节构造母函数法103
第六节不动点法110
第七节迭代法114
第八节周期分析法117
第四章从递推关系求前n项和122
第一节利用通项公式的方法122
第二节错位法126
第三节累加法133
第四节寻找{Sn}的递推关系138
第五节母函数法143
第五章从通项公式求递推关系147
第六章单调性和有界性问题151
第一节单调性151
第二节有界性157
第七章极限问题163
第一节利用通项公式求极限163
第二节利用无穷递缩等比数列求极限168
第三节利用单调有界定理求极限175
第四节直观解释181
第八章我国高考中有关递推关系的试题193
第九章杂题讨论241
第十章递推关系、迭代和计算机259
参考文献263
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