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遞歸數列特征方程的推導過程

a(n+2)=p*a(n+1)+q*an

其特征方程為x^2-p*x-q=0

i.若其有兩個不相等的根(稱作特征根)α、β

則an=A*α^n+B*β^n

其中常數A、B的值由初始值a1、a2的值確定.

ii.若其有兩個相等的根α

則an=(A*n+B)*α^n

其中常數A、B的值由初始值a1、a2的值確定.

最終可得:

當{an}有兩個不等的特征根為根α,β時

a(n+2)-α*a(n+1)=β^(n-1)*(a2-α*a1)

a(n+2)-β*a(n+1)=α^(n-1)*(a2-β*a1)

an=((a2-β*a1)/(α-β))*α^(n-1)-((a2-β*a1)/(α-β))*β^(n-1)

或由

A*α+B*β=a1

A*α^2+B*β^2=a2

可得

A=(a2-β*a1)/(α^2-α*β)

B=(a2-β*a1)/(β^2-α*β)

an=((a2-β*a1)/(α-β))*α^(n-1)+((a2-β*a1)/(β-α))*β^(n-1)

當特征根為重根α時

an-α*a(n-1)=α^(n-2)*(a2-α*a1)

α*a(n-1)-α^2*a(n-2)=α^(n-2)*(a2-α*a1)

α^(n-2)*a2-α^(n-1)*a1=α^(n-2)*(a2-α*a1)

an-α^(n-1)*a1=(n-1)*α^(n-2)*(a2-α*a1)

an=((a2-a1*α)*n+2*a1*α-a2)*α^(n-2)

或由

(A+B)*α=a1

(2*A+B)*α^2=a2

可得

A=(a2-a1*α)/(α^2)

A=(2*a1*α-a2)/(α^2)

((a2-a1*α)*n+2*a1*α-a2)*α^(n-2)

由於

α+β=A

α*β=-B

由韋達定理,可構造壹元二次方程

x^2-p*x-q=0

此即為二階常系數齊次線性遞推數列

a(n+2)=p*a(n+1)+q*an

的特徵方程

特殊的,當二階常系數齊次線性遞推數列

a(n+2)=p*a(n+1)+q*an

的特徵根為重根α=1時

即p=2,q=-1

a(n+2)=2*a(n+1)-an

此時,二階常系數齊次線性遞推數列

a(n+2)=2*a(n+1)-an

為等差數列

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