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递推公式与通项公式

描述同一数列的两种方式:递推规则说明每一项如何由前一项得到,而通项规则直接跳到第 n 项。学习两者以及如何相互转换。

两种描述,同一数列

递推公式分两部分定义数列:一个初始值(或多个初始值),以及一条由前面的项构建每个新项的规则。相比之下,通项公式把 aₙ 直接表示为位置 n 的函数,无需知道前面的项。

Same sequence, two ways:   3, 7, 11, 15, 19, ...

Recursive:   a_1 = 3,   a_n = a_(n-1) + 4   (each term = previous + 4)
Explicit:    a_n = 3 + (n - 1)(4) = 4n - 1

Recursive must walk:  a_4 = a_3 + 4 = 11 + 4 = 15
Explicit jumps:       a_50 = 4(50) - 1 = 199   (no need to find a_49 first)
递推规则需要前一项;通项规则一步到达任意一项。

各自的优势所在

当每一步都用上一步来定义时,递推公式很自然——余额上累加的利息、繁衍的种群、著名的斐波那契规则 aₙ = aₙ₋₁ + aₙ₋₂。它们陈述起来容易,但查询起来慢:要得到第 100 项,你必须先算出它前面的全部 99 项。

通项公式则相反:更难发现,但它们让你代入任意 n 就能立即落到那一项。对于等差等比数列,我们已经有了简洁的通项形式,所以做直接计算时通常更倾向于用它们。

把递推转换为通项

  1. 读懂递推规则。如果它是 aₙ = aₙ₋₁ + d,则数列为等差,公差为 d。如果它是 aₙ = aₙ₋₁ · r,则为等比,公比为 r。
  2. 从初始值读出第一项 a₁。
  3. 把 a₁ 和 d(或 r)代入相应的通项公式:等差用 aₙ = a₁ + (n − 1)d,等比用 aₙ = a₁ · r^(n − 1),然后化简。
Convert:  a_1 = 6,   a_n = (1/2) * a_(n-1)

This is geometric:  r = 1/2,  a_1 = 6

Explicit:  a_n = a_1 * r^(n - 1) = 6 * (1/2)^(n - 1)

Check:  a_3 = 6 * (1/2)^2 = 6 * 1/4 = 3/2
List:   6, 3, 3/2, 3/4, ...   (each is half the last — correct)
从递推规则判断类型,再组装通项公式。