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遞迴關係求解

大二 · 離散數學

觀念

n012345aₙ = 5aₙ₋₁ − 6aₙ₋₂1414461464542·3ⁿ − 2ⁿ141446146454

遞迴關係 (recurrence relation) 用前幾項定義下一項,如 Fibonacci an=an−1+an−2a_n = a_{n-1} + a_{n-2}。線性齊次常係數遞迴 an=pan−1+qan−2a_n = pa_{n-1} + qa_{n-2} 的解法:猜 an=rna_n = r^n,得特徵方程 r2−pr−q=0r^2 - pr - q = 0。相異根 r1,r2r_1, r_2 時通解 an=c1r1n+c2r2na_n = c_1r_1^n + c_2r_2^n;重根時 an=(c1+c2n)rna_n = (c_1 + c_2n)r^n。常數由初始值決定。

算例:an=5an−1−6an−2a_n = 5a_{n-1} - 6a_{n-2},a0=1a_0 = 1、a1=4a_1 = 4。特徵方程 (r−2)(r−3)=0(r-2)(r-3) = 0,an=c12n+c23na_n = c_1 2^n + c_2 3^n;c1+c2=1c_1 + c_2 = 1、2c1+3c2=42c_1 + 3c_2 = 4 得 an=2⋅3n−2na_n = 2\cdot3^n - 2^n。Fibonacci 的根是黃金比例 1±52\frac{1\pm\sqrt5}{2},這就是 Binet 公式的由來。

一階 an=ran−1+da_n = ra_{n-1} + d 用固定點化成等比。遞迴與微分方程的解法完全平行(特徵根 ↔ 特徵方程),對角化是它的矩陣版本;演算法複雜度(主定理)、分期付款、人口模型都是遞迴。

例題

n012345aₙ04?

遞迴關係 an=4an−1−3an−2a_n = 4a_{n-1} -3a_{n-2},a0=0a_0 = 0、a1=4a_1 = 4,求 a5a_{5}。

看解法與答案

從 a0=0a_0 = 0、a1=4a_1 = 4 開始,每一項用前兩項代入 an=4an−1−3an−2a_n = 4a_{n-1} -3a_{n-2}。

a2=4⋅(4)−3⋅(0)=16a_{2} = 4\cdot(4) -3\cdot(0) = 16、a3=4⋅(16)−3⋅(4)=52a_{3} = 4\cdot(16) -3\cdot(4) = 52。

a4=4⋅(52)−3⋅(16)=160a_{4} = 4\cdot(52) -3\cdot(16) = 160、a5=4⋅(160)−3⋅(52)=484a_{5} = 4\cdot(160) -3\cdot(52) = 484。所以 a5=484a_{5} = 484。

答案: 484484

用在哪裡

插畫

遞迴關係求解:情境插畫遞迴關係求解:例題插畫

學習路徑

先學會

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