笔记
数学
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常系数线性非齐次递推
设特征方程
\[x^{k_0}=\sum_{i=1}^{k_0}c_ix^{k_0-i}\]的 $n$ 个根去重后数量为 $t$,第 $i$ 个根为 $r_i$,$r_i$ 的重根数量为 $m_i$。
\[\phi_0=\sum_{i=1}^t((\sum_{j=0}^{m_i-1}\alpha_{i,j}n^j)r_i^n)\\ \phi_i=n^{\sum\limits_{j=1}^tm_j[r_j=s_i]}(\sum_{j=0}^{k_i}p_{i,j}n^j)s^n\]那么 $a_n=\phi_0+\sum\limits_{i=1}\phi_i$,其中 $\alpha_{i,j},p_{i,j}$ 均为常数,可以求解线性方程组获得。
为了简化描述,下文中单道题如果只出现 $\alpha_{1,0},\alpha_{1,1},\alpha_{1,2},\cdots$ 或 $\alpha_{1,0},\alpha_{2,0},\alpha_{3,0},\cdots$ 或 $p_{1,0},p_{1,1},p_{1,2},\cdots$ 或 $p_{1,0},p_{2,0},p_{3,0},\cdots$,简记为 $\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3\cdots$ 或 $p_1,p_2,p_3\cdots$。
\[a_1=a_2=1\\ a_n=4a_{n-1}-4a_{n-2}+3^n-5\]
得到特征方程 $x^2=4x-4$,解得 $x_1=x_2=2$。
所以可以得到齐次递推的解 $2^n(\alpha_1n+\alpha_0)$。
因为 $F(x)=3^n-5$,所以 $F(x)$ 的解为 $p_13^n+p_2$。
所以通项为 $2^n(\alpha_1n+\alpha_0)+p_13^n+p_2$。
最后解得通项为 $2^n(-\frac{33}4n-\frac94)+9\times3^n-5$。
\[a_1=a_2=1\\ a_n=3a_{n-1}+4a_{n-2}+2n\]
得到特征方程 $x^2=3x+4$,解得 $x_1=-1,x_2=4$。
所以可以得到齐次递推的解 $(-1)^n\alpha_1+4^n\alpha_2$。
因为 $F(x)=2n$,所以 $F(x)$ 的解为 $p_1n+p_0$。
所以通项为 $(-1)^n\alpha_1+4^n\alpha_2+p_1n+p_0$。
最后解得通项 $a_n=-\frac1{10}(-1)^n-\frac1{90}4^n+\frac13n+\frac{11}{18}$。
\[a_1=a_2=1\\ a_n=4a_{n-1}-3a_{n-2}+2^n+n+3\]
得到特征方程 $x^2=4x-3$,解得 $x_1=1,x_2=3$。
所以可以得到齐次递推的解 $\alpha_1+3^n\alpha_2$。
因为 $F(x)=2^n+n+3=2^n+n(n+3)1^n$,所以 $F(x)$ 的解为 $p_{1,0}2^n+n(p_{2,1}n+p_{2,0})$。
所以通项为 $\alpha_1+3^n\alpha_2+p_{1,0}2^n+n(p_{2,1}n+p_{2,0})$。
计算时一定要记得 $F(x)$ 不含指数的项实际上隐含了 $1^n$,在特征方程的解存在 $x=1$ 时需要补 $n^{m_i}$ 次,$m_i$ 是 $x=1$ 的重根数。
最后解得通项 $a_n=\frac{49}8+\frac{15}83^n-4\times2^n+n(-\frac14n-\frac52)$。
求特征根为 $2,2,2,5,5,9$,$F(x)=(n^2+2n+3)2^n-n3^n+n^3$ 的通项。
齐次递推的解 $(\alpha_{1,2}n^2+\alpha_{1,1}n+\alpha_{1,0})2^n+(\alpha_{2,1}n+\alpha_{2,0})5^n+\alpha_{3,0}9^n$。
由于特征根 $2$ 重数为 $3$,所以 $\phi_1=n^3(p_{1,2}n^2+p_{1,1}n+p_{1,0})2^n$。
$\phi_2=(p_{2,1}n+p_{2,0})3^n$。
$\phi_3=p_{3,2}n^2+p_{3,1}n+p_{3,0}$。
所以通项为 $(\alpha_{1,2}n^2+\alpha_{1,1}n+\alpha_{1,0})2^n+(\alpha_{2,1}n+\alpha_{2,0})5^n+\alpha_{3,0}9^n+n^3(p_{1,2}n^2+p_{1,1}n+p_{1,0})2^n+(p_{2,1}n+p_{2,0})3^n+p_{3,2}n^2+p_{3,1}n+p_{3,0}$。