数列的周期性

前言

数列是特殊的函数,则数列在考查时,完全可能考查其周期性或单调性,本博文主要探究数列的周期性。数列的周期性体现为其一为数列的项的周期性;其二为某几项的和的周期性;

函数周期性

1、(f(x+4)=f(x))或者(f(x+2)=f(x-2)Longrightarrow T=4) 详细推导

2、(f(x+a)=-f(x)Leftrightarrow f(x+a)+f(x)=0Longrightarrow T=2a)

3、(f(x+a)=b-f(x)Leftrightarrow f(x+a)+f(x)=bLongrightarrow T=2a)

4、(f(x+a)=cfrac{k}{f(x)}(k eq 0)Leftrightarrow f(x+a)f(x)=k Longrightarrow T=2a);

5、(f(x+2)=f(x+1)-f(x)Longrightarrow f(x+3)=-f(x)Longrightarrow T=6)

6、(f(x+6)=f(x)+f(3)),且(f(x))为偶函数,(Longrightarrow T=6)(赋值法)

7、(f(x+6)=f(x)+nf(3)(nin N^*)),且(f(x))为偶函数,(Longrightarrow T=6)(赋值法)

数列周期性

务必注意:数列是特殊的函数(a_n=f(n)),透彻理解这句话的内涵;

  • (a_{n+2}=a_n)(a_{n+2}-a_n=0);则数列的(T=2)

分析:类比(f(n+2)=f(n)),再类比(f(x+2)=f(x))

  • (a_{n+2}=-a_n)(a_{n+2}+a_n=0);则数列的(T=4)

分析:类比(f(n+2)=-f(n)),再类比(f(x+2)=-f(x))

  • (a_{n+2}=cfrac{k}{a_n})(a_{n+2}cdot a_n=k)(k)为常数;等积数列,则数列的(T=4)

分析:类比(f(n+2)=cfrac{k}{f(n)}),再类比(f(x+2)=cfrac{k}{f(x)}),;

  • (a_{n+2}=a_{n+1}-a_n)(a_{n+2}+a_n=a_{n+1});则数列的(T=6)

分析:类比(f(n+2)=f(n+1)-f(n)),再类比(f(x+2)=f(x+1)-f(x))

  • (a_{n+1}=(-1)^n(a_n+1));通过计算得到周期;

  • (a_n+a_{n-1}=4(nge 2)),数列的周期为(T=2)

分析:构造(a_{n+1}+a_n=4),两式做差,得到(a_{n+1}-a_{n-1}=0),即数列的周期为(T=2)

典例剖析

已知数列({a_n})满足(a_{n+2}=a_{n+1}-a_n),且(a_1=2,a_2=3),则(a_{2016})的值为________。

法1:利用递推关系推导出数列的前有限项,周期自然就知道了。

由题目可知(a_1=2,a_2=3,a_3=a_2-a_1=1,a_4=a_3-a_2=-2)

(a_5=a_4-a_3=-3,a_6=a_5-a_4=-1,a_7=a_6-a_5=2)

(a_7=a_1),周期(T=6),所以(a_{2016}=a_6=-1)

法2:由(a_{n+2}=a_{n+1}-a_n)可得到(a_{n+3}=a_{n+2}-a_{n+1}),两个式子相加,得到

(a_{n+2}=-a_{n-1}),用(n+1)替换(n),得到(a_{n+3}=-a_n),仿上可得

(a_{n+6}=a_{[(n+3)+3]}=-a_{n+3}=-(-a_n)=a_n),故周期(T=6),其余仿上完成。

已知数列({a_n})满足(a_{n+1}a_{n-1}=a_n(nge 2)),且(a_1=1,a_2=3),则(a_{2016})的值为____________.

法1:利用递推关系推导出数列的前有限项,

(a_1=1,a_2=3,a_3=cfrac{a_2}{a_1}=3,a_4=cfrac{a_3}{a_2}=1)

(a_5=cfrac{a_4}{a_3}=cfrac{1}{3},a_6=cfrac{a_5}{a_4}=cfrac{1}{3},a_7=cfrac{a_6}{a_5}=1)

周期(T=6),所以(a_{2016}=a_6=cfrac{1}{3}).

法2:由(a_{n+1}=cfrac{a_n}{a_{n-1}})可得,(a_{n+2}=cfrac{a_{n+1}}{a_n})

两式相乘得到(a_{n+2}=cfrac{1}{a_{n-1}}),即(a_{n+3}=cfrac{1}{a_n})

(a_{n+6}=a_{[(n+3)+3]}=cfrac{1}{a_{n+3}}=a_n)

故周期(T=6),其余仿上完成。

[补充迭代函数的周期性]已知函数(f(x) = egin{cases}2(1-x),&0leq x leq 1,\ x-1, &1<xleq 2 ,end{cases})如果对任意的(nin N^*),定义(f_n(x)=)(underbrace{f{f[fcdots f}_{n个}(x)]}),那么(f_{2016}(2))的值为多少?

分析:由题意,很自然想到本题是考察函数的周期,

所以计算前有限项观察周期,(f_1(2)=1,f_2(2)=0,f_3(2)=2,f_4(2)=1,cdots)

所以周期(T=3),所以(f_{2016}(2)=f_3(2)=2).

已知函数(f(x))满足(f(1)=cfrac{1}{2}),且(f(x+y)+f(x-y)=2f(x)f(y)),求(f(0))(+f(1))(+f(2))(+cdots)(+f(2016))的值.

法1:令(x=y=0),则有(2f(0)=2f^2(0)),得到(f(0)=0或f(0)=1)

再令(x=1,y=0),则有(2f(1)=2f(1)f(0)),得到(f(0)=1)

又题目已知(f(1)=cfrac{1}{2}),再令(x=1,y=1),则有(f(2)+f(0)=2f(1)f(1)),得到(f(2)=-cfrac{1}{2})

再令(x=2,y=1),则有(f(3)+f(1)=2f(2)f(1)),得到(f(3)=-1)

再令(x=3,y=1),则有(f(4)+f(2)=2f(3)f(1)),得到(f(4)=-cfrac{1}{2})

再令(x=4,y=1),则有(f(5)+f(3)=2f(4)f(1)),得到(f(5)=cfrac{1}{2})

再令(x=5,y=1),则有(f(6)+f(4)=2f(5)f(1)),得到(f(6)=1)

再令(x=6,y=1),则有(f(7)+f(5)=2f(6)f(1)),得到(f(7)=cfrac{1}{2})(cdots)

故周期为(T=6)

(f(0)+f(1)+f(2)+cdots+f(2016))

(=336 imes(f(0)+f(1)+f(2)+f(3)+f(4)+f(5))=0).

【法2】:令(x=y=0),则有(2f(0)=2f^2(0)),得到(f(0)=0或f(0)=1)

再令(x=1,y=0),则有(2f(1)=2f(1)f(0)),得到(f(0)=1)

又题目已知(f(1)=cfrac{1}{2}),令(y=1),则有(f(x+1)+f(x-1)=2f(x)f(1)=f(x))

即就是(f(x+1)+f(x-1)=f(x))

由此得到(f(x+2)+f(x)=f(x+1)),两式相加得到(f(x+2)=-f(x-1))

(f(x+3)=-f(x)),故周期为(T=6)

接下来只要计算(f(2)=-cfrac{1}{2},f(3)=-1,f(4)=-cfrac{1}{2},f(5)=cfrac{1}{2})的值即可,

说明:若令(x=0),则得到(f(y)+f(-y)=2f(0)f(y)=2f(y)),所以(f(-y)=f(y)),可知函数是偶函数。

(全国大联考,2016第三次联考第10题)设数列({a_n})(n)项和为(S_n)(a_{203}-a_{204}=a_{202}=1),且(a_n)(+a_{n+1})(+a_{n+2})(=4),则(S_{200})等于多少?

分析:本题目考查数列的单调性,由(a_n+a_{n+1}+a_{n+2}=4)

得到(a_{n+1}+a_{n+2}+a_{n+3}=4),两式相减得到,(a_{n+3}=a_n),故(T=3)

又由(a_{202}+a_{203}+a_{204}=4)(a_{202}=1),及(a_{203}-a_{204}=1),得到(a_{203}=2)

(a_{202}=1),故(a_{201}=1)(a_{200}=2)(a_{199}=1),又(200=66 imes 3+2)

则有(S_{200}=66(a_1+a_2+a_3)+a_{199}+a_{200}=66 imes 4+2+1=267)

【2019届高三理科数学课时作业】已知数列({a_n})中,(a_1=1)(a_{n+1}=(-1)^n(a_n+1)),记(S_n)为其前(n)项和,则(S_{2018})=_______。

分析:带有((-1)^n)的数列更多的体现出周期性,所以计算其前几项发现:

(a_1=1)(a_2=-2)(a_3=-1)(a_4=0)(a_5=1)(a_6=-2)(cdots)

即周期(T=4),且有(a_1+a_2+a_3+a_4=-2)

(S_{2018}=504 imes(-2)+a_1+a_2=-1008+1-2=-1009).

【2019高三理科数学启动卷,2019陕西省二检试卷第15题】数列({a_n})的通项公式是(a_n=n(sincfrac{npi}{2})(+coscfrac{npi}{2})),其前(n)项的和为(S_n),则(S_{2019})=_________。

分析:本题目考查数列的周期性和分组求和;由于(a_1=1)(a_2=-2)(a_3=-3)(a_4=4)(a_5=5)(a_6=-6)(a_7=-7)(a_8=8)(cdots)

观察发现,(a_1+a_2+a_3+a_4=a_5+a_6+a_7+a_8=cdots=a_{2013}+a_{2014}+a_{2015}+a_{2016}=0),且(a_{2017}=2017)(a_{2018}=-2018)(a_{2019}=-2019)

所以(S_{2019}=0 imes cfrac{2016}{4}+2017-2018-2019=-2020)

法2:思路提示,(a_n=n(sincfrac{npi}{2}+coscfrac{npi}{2})=ncdot sincfrac{npi}{2}+ncdot coscfrac{npi}{2}=b_n+c_n)

然后分析数列({b_n})({c_n})

得到(b_{4k+1}+b_{4k+2}+b_{4k+3}+b_{4k+4}=-2)

(c_{4k+1}+c_{4k+2}+c_{4k+3}+c_{4k+4}=2)

(a_{4k+1}+a_{4k+2}+a_{4k+3}+a_{4k+4}=0),其余同上;

【以表格形式给出周期】【2016.西安质检】对于函数(y=f(x))部分(x)(y)的对应关系如下表:

数列({x_n})满足:(x_1=1),且对于任意的(nin N_*),点((x_n,x_{n+1}))都在函数(y=f(x))的图像上,

(x_1+x_2+cdots+x_{2015}=?)

分析:这是一个很新颖的数列题目,但是和函数的列表法紧密结合,要顺利解答还需要一定的数学素养。

由题目可知(y=f(x),x_{n+1}=f(x_n),x_1=1)

则有(x_2=f(x_1)=f(1)=3)(x_3=f(x_2)=f(3)=5)(x_4=f(x_3)=f(5)=6)

(x_5=f(x_4)=f(6)=1)(cdots,T=4)

(sumlimits_{k=1}^{2015}{x_k}=503(x_1+x_2+x_3+x_4)+(x_1+x_2+x_3)=503 imes 15+9=7554)

原文地址:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/6762835.html