一、关键词:多阶等差数列,通项公式,消元法,解线性方程组
二、摘要:本文阐述了求多阶等差数列通项公式的具体方法,以及通过巧妙消元,解系数为i^(n-1)形式的线性方程组的方法。
三、举例:
对于数列:1 5 15 35 70 126 210……,用后项减去前一项得到新数列:4 10 20 35 56 84……再求项差得:6 10 15 21 28……;再求项差得:4 5 6 7……;再求项差得:1 1 1 ……;总共经过了4次求项差成为了常数数列。所以,原数列为4阶等差数列,它的通项公式必是一个关于自然数n的4次5项式,设它的通项公式为:an=X1*n^4 X2*n^3 X3*n^2 X4*n X5,其中X1,X2,X3,X4,X5为待求系数,n为从1开始的自然数。把an=1,5,15,35,70分别代入它的前5项有:
X1 X2 X3 X4 X5=1
16*X1 8*X2 4*X3 2*X4 X5=5
81*X1 27*X2 9*X3 3*X4 X5=15
256*X1 64*X2 16*X3 4*X4 X5=35
625*X1 125*X2 25*X3 5*X4 X5=70
仔细观察这个方程组会发现:每个方程的末项都相等,所以只要用下一行方程减去上一行方程就可消去末项未知数得:
15*X1 7*X2 3*X3 X4=4
65*X1 19*X2 5*X3 X4=10
175*X1 37*X2 7*X3 X4=20
369*X1 61*X2 9*X3 X4=35
得到的新方程组仍然满足末项都相等,再用下一行方程减去上一行方程消去末项未知数得:
50*X1 12*X2 2*X3=6
110*X1 18*X2 2*X3=10
194*X1 24*X2 2*X3=15
同理得:
60*X1 6*X2=4
84*X1 6*X2=5
同理得:24*X1=1,解之得:X1=1/24.
反过来把X1=1/24的值代入以上方程可求出X2=1/4,X3=11/24,X4=1/4,X5=0,最后得出所求数列的通项公式为:an=1/24*n^4 1/4*n^3 11/24*n^2 1/4*n.
四、扩展:
一般的,如果一个数列用后项减去前一项得到一个新数列,如此重复n-1次后最终成了常数数列,那么它就是一个n-1阶等差数列,它的通项公式必将是一个关于自然数n的n项n-1次多项式:an=X1*n^(n-1) X2*n^(n-2) …… X(n-1)*n Xn.把它的前n项值代入通项公式可得到如下方程组:
X1 X2 X3 …… X(n-1) Xn=b1
2^(n-1)*X1 2^(n-2)*X2 2^(n-3)*X3…… 2*X(n-1) Xn=b2
3^(n-1)*X1 3^(n-2)*X2 3^(n-3)*X3…… 3*X(n-1) Xn=b3
…… …… ……
n^(n-1)*X1 n^(n-2)*X2 n^(n-3)*X3…… n*X(n-1) Xn=bn
并且其末项系数都相等,只要用下一行方程减去上一行方程逐步消掉末项系数,就可求出未知数X1,X2,X3,……,X(n-1),Xn的值,最后可得到它的通项公式:an=X1*n^(n-1) X2*n^(n-2) …… X(n-1)*n Xn.