数列与数论结合问题:a1=2,a2=3, an+1=3an-an-1 求anan+1-5是完全平方数
2014-08-09 19:32
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![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?{a_{n + 1}} = 3{a_n} - {a_{n - 1}})
,通过简单递推可以有:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{l}{a_1} = 2\\{a_2} = 3\\{a_3} = 3 \times {a_2} - {a_1} = 3 \times 3 - 2 = 7\\{a_4} = 3 \times {a_3} - {a_2} = 3 \times 7 - 3 = 18\\{a_5} = 3 \times {a_4} - {a_3} = 3 \times 18 - 7 = 47\end{array})
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{l}{a_1}{a_2} - 5 = 2 \times 3 - 5 = 1 = {1^2} = x{}_1^2\\{a_2}{a_3} - 5 = 3 \times 7 - 5 = 16 = {4^2} = x{}_2^2\\{a_3}{a_4} - 5 = 7 \times 18 - 5 = 121 = {11^2} = x{}_3^2\\{a_4}{a_5} - 5 = 18 \times 47 - 5 = 841 = {29^2} = x{}_4^2\end{array})
构造一个数列
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?{x_n} = 3{x_{n - 1}} - {x_{n - 2}},{x_1} = 1,{x_2} = 4)
,根据上面的有限几项的数字递推关系有:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{l}{a_1}{a_2} - 5 = 2 \times 3 - 5 = 1 = {1^2}\\{a_2}{a_3} - 5 = 3 \times 7 - 5 = 16 = {4^2}\\{a_3}{a_4} - 5 = 7 \times 18 - 5 = 121 = {11^2}\\{a_4}{a_5} - 5 = 18 \times 47 - 5 = 841 = {29^2}\end{array})
假设从1,2,...,n下式均成立:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?{a_n}{a_{n + 1}} - 5 = x_n^2)
(0)
那么
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{c}{a_{n + 1}}{a_{n + 2}} - 5 = (3{a_n} - {a_{n - 2}})(3{a_{n + 1}} - {a_n}) - 5\\ = 9{a_n}{a_{n + 1}} + {a_{n - 1}}{a_n} - 3a_n^2 - 3{a_{n - 1}}{a_{n + 1}} - 5\end{array})
(1)
由数列递推关系
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?{a_{n + 1}} = 3{a_n} - {a_{n - 1}})
,两边同时乘以
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?a_n)
,于是有:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?{a_n}{a_{n + 1}} = 3a_n^2 - {a_n}{a_{n - 1}} \Rightarrow 3a_n^2 = {a_n}{a_{n + 1}} + {a_n}{a_{n - 1}})
(2)
对于数列
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?a_n)
,构造一个函数
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?f(k) = {a_{k - 1}}{a_{k + 1}} - a_k^2)
那么:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{c}f(k + 1) - f(k) = {a_k}{a_{k + 2}} - a_{k + 1}^2 - ({a_{k - 1}}{a_{k + 1}} - a_k^2)\\ = {a_k}{a_{k + 2}} + a_k^2 - (a_{k + 1}^2 + {a_{k - 1}}{a_{k + 1}})\\ = {a_k}({a_{k + 2}} + {a_k}) - {a_{k + 1}}a({a_{k + 1}} + {a_{k - 1}})\\ = {a_k} \times 3{a_{k + 1}} - {a_{k + 1}} \times 3{a_k}\\ = 0\end{array})
也就是说:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?f(k + 1) = f(k) = f(k - 1) = \cdots = f(3) = f(2))
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{l}f(3) = {a_2}{a_4} - a_3^2 = 3 \times 18 - {7^2} = 5\\f(2) = {a_1}{a_3} - a_2^2 = 2 \times 7 - {3^2} = 5\end{array})
于是:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?f(k) = {a_{k - 1}}{a_{k + 1}} - a_k^2 = 5)
(3)
对于构造的数列
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?x_n)
, 由于其递推关系与
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?a_n)
完全相同,同理可以证明齐存在下列关系:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?{x_{k - 1}}{x_{k + 1}} - x_k^2 = 5)
(4)
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?$3x_n^2 = {x_n}{x_{n + 1}} + {x_n}{x_{n - 1}}$)
(5)
将(2)、 (3)代入(1)式有:
![](http://latex.codecogs.com/gif.latex?\begin{array}{c}{a_{n + 1}}{a_{n + 2}} - 5 = 9{a_n}{a_{n + 1}} + {a_{n - 1}}{a_n} - 3a_n^2 - 3{a_{n - 1}}{a_{n + 1}} - 5\\ = 9{a_n}{a_{n + 1}} + {a_{n - 1}}{a_n} - 3a_n^2 - 3(a_n^2 + 5) - 5\\ = 9{a_n}{a_{n + 1}} + {a_{n - 1}}{a_n} - 6a_n^2 - 20\\ = 9{a_n}{a_{n + 1}} + {a_{n - 1}}{a_n} - 2({a_n}{a_{n + 1}} + {a_{n - 1}}{a_n}) - 20\\ = 7{a_n}{a_{n + 1}} - {a_{n - 1}}{a_n} - 20\end{array})
根据公式(0)的假定,有:
,通过简单递推可以有:
构造一个数列
,根据上面的有限几项的数字递推关系有:
假设从1,2,...,n下式均成立:
(0)
那么
(1)
由数列递推关系
,两边同时乘以
,于是有:
(2)
对于数列
,构造一个函数
那么:
也就是说:
于是:
(3)
对于构造的数列
, 由于其递推关系与
完全相同,同理可以证明齐存在下列关系:
(4)
(5)
将(2)、 (3)代入(1)式有:
根据公式(0)的假定,有:
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