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2.2 累乘法

数列求和与递推数列 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 已知递推关系 $a_n = a_{n-1} \cdot f(n)$,通过连乘消去中间项,直接求出 $a_n$ 的表达式。

从哪来 它建立在 4.2 求通项的方法 与 3.2 $S_n$与$a_n$的关系 之上。特别是当题目给出 $a_n$ 与 $a_{n-1}$ 的乘积关系,或需要通过 $S_n$ 转化出递推式时,累乘法是核心求解工具。

为什么 累乘法的本质是消元。 在等式 $a_n = a_{n-1} \cdot f(n)$ 中,如果我们把 $n$ 替换为 $n-1, n-2, \dots, 2$,会得到一列等式: $a_{n-1} = a_{n-2} \cdot f(n-1)$ $a_{n-2} = a_{n-3} \cdot f(n-2)$ ... $a_2 = a_1 \cdot f(2)$ 将这 $n-1$ 个等式左右两边分别相乘,左边出现 $a_n \cdot a_{n-1} \cdots a_2$,右边出现 $a_{n-1} \cdot a_{n-2} \cdots a_1 \cdot f(n)f(n-1)\cdots f(2)$。 由于 $a_2, \dots, a_{n-1}$ 在左右两边同时出现且不为零,可以约分抵消,最终只剩下 $a_n = a_1 \cdot \prod_{k=2}^n f(k)$。 这种“首尾保留、中间抵消”的结构,与累加法中 $(a_n - a_{n-1}) + (a_{n-1} - a_{n-2}) + \dots$ 的逻辑完全同构,只是运算从加减变成了乘除。

讲法
适合:逻辑直观型、喜欢类比的学生 核心比喻:多米诺骨牌或链条传递。 告诉学生,累乘法就像一条链条,$a_1$ 是起点,$f(2), f(3), \dots, f(n)$ 是每一节链条的放大倍数。 $a_n$ 就是 $a_1$ 经过 $n-1$ 次连续放大后的结果。 公式记忆口诀:“首项乘以后面的所有倍数”。 强调:只要 $a_1$ 已知,且每一步的倍数 $f(k)$ 能写成关于 $k$ 的函数,就能直接算出 $a_n$。 *操作演示*: $a_2 = a_1 \cdot f(2)$ $a_3 = a_2 \cdot f(3) = a_1 \cdot f(2) \cdot f(3)$ $a_4 = a_3 \cdot f(4) = a_1 \cdot f(2) \cdot f(3) \cdot f(4)$ ... $a_n = a_1 \cdot f(2) \cdot f(3) \cdots f(n)$
讲法
适合:代数推导型、严谨派学生 核心逻辑:等式性质与约分。 不依赖直觉,直接进行代数运算。 1. 写出递推式:$\frac{a_k}{a_{k-1}} = f(k)$ ($k=2,3,\dots,n$) 2. 列出所有等式: $\frac{a_2}{a_1} = f(2)$ $\frac{a_3}{a_2} = f(3)$ ... $\frac{a_n}{a_{n-1}} = f(n)$ 3. 左边相乘:$\frac{a_2}{a_1} \cdot \frac{a_3}{a_2} \cdots \frac{a_n}{a_{n-1}}$。分子分母交叉约分,只剩 $\frac{a_n}{a_1}$。 4. 右边相乘:$f(2) \cdot f(3) \cdots f(n)$。 5. 结论:$\frac{a_n}{a_1} = \prod_{k=2}^n f(k) \Rightarrow a_n = a_1 \prod_{k=2}^n f(k)$。 *重点强调*:这种方法要求 $a_k \neq 0$,这是除法存在的隐含条件。
讲法
适合:计算能力强、熟悉数列求和技巧的学生 核心技巧:取对数转化为累加。 如果 $a_n > 0$,对递推式 $a_n = a_{n-1} \cdot f(n)$ 两边取自然对数: $\ln a_n = \ln a_{n-1} + \ln f(n)$ 令 $b_n = \ln a_n$,则 $b_n - b_{n-1} = \ln f(n)$。 这就变成了一个标准的累加法问题! 1. 用累加法求出 $b_n = b_1 + \sum_{k=2}^n \ln f(k) = \ln a_1 + \ln(\prod_{k=2}^n f(k))$。 2. 去对数:$a_n = e^{b_n} = a_1 \cdot \prod_{k=2}^n f(k)$。 *优势*:当 $f(n)$ 是复杂的多项式或指数函数时,取对数后求和往往比直接连乘更容易处理(例如转化为裂项相消或等比求和)。
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练一道
基础题
例1(基础): 已知数列 $\{a_n\}$ 中,$a_1 = 2$,且 $a_n = 2a_{n-1}$ ($n \ge 2$)。求 $a_n$。
试试手自己判
检测题
已知数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_1 = 3$,且 $a_n = \frac{n+1}{n} a_{n-1}$ ($n \ge 2$)。求 $a_n$。
看答案和判分标准
答案:$a_n = 3(n+1)$
判对标准:
1. 正确识别出 $f(n) = \frac{n+1}{n}$。
2. 正确列出连乘式:$a_n = 3 \cdot \frac{2}{1} \cdot \frac{3}{2} \cdot \frac{4}{3} \cdots \frac{n+1}{n}$。
3. 正确约分,得出中间项抵消,剩 $\frac{n+1}{1}$。
4. 最终结果包含系数 3,即 $3(n+1)$。
*若学生写出 $a_n = n+1$,判错(漏乘 $a_1$);若写出 $a_n = 3n$,判错(连乘积计算错误)。
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