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由舊數列生成新數列

生活 更新时间:2025-01-11 09:09:33

(寫在開頭的廢話)

還是有必要說一下:為啥正文隻能發張圖片?原因是,正文中大量使用了公式,而,

  1. 公式一多,頭條的公式編輯器就會出錯,無法使用;
  2. 圖片隻能表示行間公式,對于行内公式無能為力;

以上。

本續篇非常簡單,幾乎隻用到了 初中數學知識,相信不會對各位造成數學上的壓力,大家總算是可以以娛樂的心情看了。

每個做過核酸檢測的人,都對于排隊印象深刻,而志願者更是如此!從“大白”的角度看,那長長的隊伍長龍,見首不見尾。将排隊中的人 替換 成數字,就成了 數列,替換成 函數,就是 函數列

除了等差數列外,最基本的數列是 等比數列,它的遞推定義是:

  • 初始條件:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)1

  • 遞推關系式:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)2

函數列的部分和組成的函數列,叫做級數,最有名的 就是 幂級數:

  • 幂函數列:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)3

  • 幂級數:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)4

為了方便,記為:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)5

幂級數的系數 和 某數列 一一對應,因此 前者稱為 後者的 母函數,使用 母函數 可從數列遞推關系求出 通項公式,例如:上面的等比數列,令母函數為:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)6

根據遞推關系式,有,

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)7

再根據初始條件,求得母函數為 ①,

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)8

利用常用幂級數展開式,

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)9

将 qx 看成 x,則 g(x) 可展開為:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)10

于是可得的 等比數列的 通項公式為:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)11

看到這的各位 可能會直搖頭,這不是簡單的問題複雜化了嗎?按照,遞推定義 我直接就可以寫出,等比數列的各項,這立即就能得出上式。

您先别急,如果所求是如下遞推定義的通項呢?

  • 初始條件:

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  • 遞推定義:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)13

您可以直接寫出來,看看是否可以找到規律,反正 小石頭是 不能。但是可以使用母函數,有,

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于是求得母函數為:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)15

接着,就是找它的展開式了,暴力的方法就是邁克勞林公式,但是這裡有更巧妙的方法。

我們已經知道了 ①處母函數 對應的展開式系數是 等比數列,于是就可以考慮将上式的分數形式 列項為 兩個 ①處形式 之和。

于是令,

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為了将左邊變成多項式因式分解的形式,可令 x = 1/y 帶入,有,

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化簡得到,

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)18

這說明,α 和 β 是方程 ②:

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的兩個根,于是解方程得到,

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再設,g(x)的列項為,

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于是根據 ① 處的結論,得到 通項公式:

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又因為,

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比較等式兩邊分子多項式的各項系數,可列出如下線性方程組:

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于是,解方程組求得 A 和 B 為,

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而根據 韋達定理,由 方程 ② 知 p = α β ,于是,最終得到:

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令 p=P, q=-Q,考慮 a=2, b=P 的特殊情況 vn,此時有,

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于是 vn 的通項公式是:

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再 考慮 a=0, b=1 的特殊情況 un,此時有,

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于是 vn 的通項公式是:

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)30

其實,它們就是正文中我們将要讨論的 盧卡斯數列

(正文)

由舊數列生成新數列(從梅森數到盧卡斯數列)31

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