问题 解答题

若数列{an}满足:a1=m1,a2=m2,an+2=pan+1+qan(p,q是常数),则称数列{an}为二阶线性递推数列,且定义方程x2=px+q为数列{an}的特征方程,方程的根称为特征根; 数列{an}的通项公式an均可用特征根求得:

①若方程x2=px+q有两相异实根α,β,则数列通项可以写成an=c1αn+c2βn,(其中c1,c2是待定常数);

②若方程x2=px+q有两相同实根α,则数列通项可以写成an=(c1+nc2)αn,(其中c1,c2是待定常数);

再利用a1=m1,a2=m2,可求得c1,c2,进而求得an.根据上述结论求下列问题:

(1)当a1=5,a2=13,an+2=5an+1-6an(n∈N*)时,求数列{an}的通项公式;

(2)当a1=1,a2=11,an+2=2an+1+3an+4(n∈N*)时,求数列{an}的通项公式;

(3)当a1=1,a2=1,an+2=an+1+an(n∈N*)时,记Sn=a1Cn1+a2Cn2+…+anCnn,若Sn能被数8整除,求所有满足条件的正整数n的取值集合.

答案

(1)由an+2=5an+1-6an可知特征方程为:x2-5x+6=0,x1=2,x2=3…(3分)

所以 设 an=c1•2n+c2•3n,由

c1•2+c2•3=5
c1•4+c2•9=13
得到c1=c2=1,

所以   an=2n+3n; …(6分)

(2)由an+2=2an+1+3an+4可以得到(an+2+1)=2(an+1+1)+3(an+1)

设bn=an+1,则上述等式可以化为:bn+2=2bn+1+3bn…(8分)

b1=a1+1=2,b2=a2+1=12,所以bn+2=2bn+1+3bn对应的特征方程为:x2-2x-3=0,x1=-1,x2=3…(10分)

所以令   bn=c1•3n+c2•(-1)n,由b1=2,b2=12可以得出

c1=
7
6
c2=
3
2

所以bn=

7
6
3n+
3
2
•(-1)n…(11分)

即  an=

7
6
3n+
3
2
•(-1)n-1,n∈N*…(12分)

(3)同样可以得到通项公式an=

1
5
[(
1+
5
2
)
n
-(
1-
5
2
)
n
],n∈N*…(14分)

所以Sn=a1Cn1+a2Cn2+a3Cn3+…+anCnn=

1
5
C1n
[(
1+
5
2
)
1
-(
1-
5
2
)
1
]+
1
5
C2n
[(
1+
5
2
)
2
-(
1-
5
2
)
2
]+
1
5
C3n
[(
1+
5
2
)
3
-(
1-
5
2
)
3
]+…+
1
5
Cnn
[(
1+
5
2
)
n
-(
1-
5
2
)
n
]
=
1
5
[
C1n
(
1+
5
2
)1+
C2n
(
1+
5
2
)2+
C3n
(
1+
5
2
)3+…+
Cnn
(
1+
5
2
)n]
-
1
5
[
C1n
(
1-
5
2
)1+
C2n
(
1-
5
2
)2+
C3n
(
1-
5
2
)3+…+
Cnn
(
1-
5
2
)n]
=
1
5
[(1+
1+
5
2
)
n
-(1+
1-
5
2
)
n
]=
1
5
[(
3+
5
2
)
n
-(
3-
5
2
)
n
]

即     Sn=

1
5
[(
3+
5
2
)
n
-(
3-
5
2
)
n
],  n∈N*…(14分)Sn+2=
1
5
[(
3+
5
2
)
n+2
-(
3-
5
2
)
n+2
]=
1
5
[(
3+
5
2
)
n+1
-(
3-
5
2
)
n+1
]•
•[(
3+
5
2
)+(
3-
5
2
)]-[(
3+
5
2
)
n
-(
3-
5
2
)
n
]
=3Sn+1-Sn

即   Sn+2=3Sn+1-Sn,n∈N*…(16分)

因此Sn+2除以8的余数,完全由Sn+1,Sn除以8的余数确定,

因为a1=1,a2=1所以  S1=C11a1=1,S2=C21a1+C22a2=3,S3=3S2-S1=9-1=8,S4=3S3-S2=24-3=21,S5=3S4-S3=63-8=55,S6=3S5-S4=165-21=144,S7=3S6-S5=432-55=377,S8=3S7-S6=1131-144=987,S9=3S8-S7=2961-377=2584,

由以上计算及Sn+2=3Sn+1-Sn可知,数列{Sn}各项除以8的余数依次是:1,3,0,5,7,0,1,3,0,5,7,0,…,它是一个以6为周期的数列,从而Sn除以8的余数等价于n除以3的余数,所以n=3k,k∈N*

即所求集合为:{n|n=3k,k∈N*}…(18分)

多选题
多项选择题