设数列 满足 ,,。
(1) 求数列 的通项公式;
(2) 求证:对任意正整数 , 和 都是整数。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
正平方根必须先由递推归纳正性。隔项消元指把相邻递推联用,得到同奇偶指标之间的常系数关系,避免依赖根式展开判断整数。
想法从哪来:先算几项会发现奇数项像整数平方,偶数项像二倍平方。与其立刻证明这个猜测,先把各项开正平方根,递推分子的平方就能消去,变成相邻两项之积与中项平方相差一。相邻位置各写一式并相减,可发现“相邻两项和除以中项”不变,从而把非线性式化为常系数二阶递推。特征根给通项,但通项含根式,不是证明整数性的最方便形式。继续把线性递推隔项消元,让奇、偶子列各自满足整数系数递推,再除去偶子列固定的根号二因子;整数初值于是把所需整数性传播到全部指标。
先取正平方根,把完全平方递推化成相邻乘积差不变;隐藏线性递推既能给通项,也能证明奇偶子序列的整性。
初值与递推保证 。令 ,则 ,且
比较相邻两式,得到 ,故 为常数。由 算得常数为 ,即 。其特征根为 ,结合初值,得
由该线性递推进一步有 。因此 与 均满足 。其初值分别为 、,故两者全为整数。由于根式取正值,得到
前五项 ,对应根式为 ,符合两条整数子序列。正平方根关系来自 ,因右侧正而无符号歧义;通式也保持此正支。
平方形式的非线性递推可先取正根寻找乘积不变量;整性宜对分离后的奇偶子序列用整数系数递推归纳。
须经历正根换元、乘积不变量、二阶线性化与奇偶子序列整性四层转换,正根及初值都要严核。
已记下,谢谢!