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求数列通项公式的十种方法-例题答案详解

求数列通项公式的十种方法-例题答案详解
求数列通项公式的十种方法-例题答案详解

<

求数列通项公式的十一种方法(方法全,例子全,归纳细)

总述:一.利用递推关系式求数列通项的11种方法:

累加法、 累乘法、 待定系数法、 阶差法(逐差法)、 迭代法、 对数变换法、

~

倒数变换法、

换元法(目的是去递推关系式中出现的根号)、 数学归纳法、

不动点法(递推式是一个数列通项的分式表达式)、 特征根法

二。四种基本数列:等差数列、等比数列、等和数列、等积数列及其广义形式。等差数列、

等比数列的求通项公式的方法是:累加和累乘,这二种方法是求数列通项公式的最基本方法。 三 .求数列通项的方法的基本思路是:把所求数列通过变形,代换转化为等差数列或等比数列。

四.求数列通项的基本方法是:累加法和累乘法。

]

五.数列的本质是一个函数,其定义域是自然数集的一个函数。 一、累加法

1.适用于:1()n n a a f n +=+ ----------这是广义的等差数列 累加法是最基本的二个方法之一。

2.若1()n n a a f n +-=(2)n ≥,

21321(1)

(2) ()

n n a a f a a f a a f n +-=-=-=

两边分别相加得 111

()n

n k a a f n +=-=

例1 已知数列{}n a 满足1121

1n n a a n a +=++=,,求数列{}n a 的通项公式。 解:由121n n a a n +=++得121n n a a n +-=+则

所以数列{}n a 的通项公式为2

n a n =。

例2 已知数列{}n a 满足112313n

n n a a a +=+?+=,,求数列{}n a 的通项公式。

解法一:由1231n n n a a +=+?+得1231n

n n a a +-=?+则

11232211122112211()()()()(231)(231)(231)(231)3

2(3333)(1)3

3(13)2(1)3

13

331331

n n n n n n n n n n n n a a a a a a a a a a n n n n --------=-+-++-+-+=?++?+++?++?++=+++++-+-=+-+-=-+-+=+-

所以3 1.n

n a n =+-

解法二:13231n n n a a +=+?+两边除以1

3n +,得

111

21

3333n n n n n a a +++=++

, 则

11121

3333

n n n n n a a +++-=+,故 因此1

1(13)

2(1)2113133133223

n n n n n

a n n ---=++=+--?, 则211

33.322

n n n a n =

??+?- <

评注:已知a a =1,)

(1n f a a n n =-+,其中f(n)可以是关于n 的一次函数、二次函数、指数

函数、分式函数,求通项

n

a .

①若f(n)是关于n 的一次函数,累加后可转化为等差数列求和; ②若f(n)是关于n 的二次函数,累加后可分组求和;

③若f(n)是关于n 的指数函数,累加后可转化为等比数列求和; ④若f(n)是关于n 的分式函数,累加后可裂项求和。

例3.已知数列

}

{n a 中,

>n a 且

)(21n n n a n a S +=

,求数列}{n a 的通项公式.

解:由已知

)(21n n n a n a S +=

得)(2111---+-=n n n n n S S n

S S S ,

化简有

n

S S n n =--2

12,由类型(1)有

n

S S n ++++= 32212

,

又11a S =得11=a ,所以2)

1(2

+=n n S n

,又0>n a ,

2)1(2+=n n s n ,

2)

1(2)1(2--+=

n n n n a n

此题也可以用数学归纳法来求解. 二、累乘法

1.适用于: 1()n n a f n a += ----------这是广义的等比数列 累乘法是最基本的二个方法之二。

2.若

1()n n a f n a +=,则31212(1)(2)()n n

a a

a

f f f n a a a +===,,, 两边分别相乘得,1

11

1()n

n k a a f k a +==?∏ …

例4 已知数列{}n a 满足112(1)53n

n n a n a a +=+?=,,求数列{}n a 的通项公式。

解:因为112(1)53n

n n a n a a +=+?=,,所以0n a ≠,则

1

2(1)5n n n

a n a +=+,故

1

32

112

21

12211(1)(2)21

(1)1

2

[2(11)5][2(21)5][2(21)5][2(11)5]32[(1)32]53

32

5

!

n n n n n n n n n n n n n a a a a a a a a a a n n n n n -------+-+++--=

???

??=-+-+??+?+??=-?????=???

所以数列{}n a 的通项公式为(1)1

2

32

5

!.n n n n a n --=???

例5.设{}n a 是首项为1的正项数列,且

()0

112

21=+-+++n n n n a a na a n (n =1,2, 3,…),

则它的通项公式是n a =________.

解:已知等式可化为:

[]0

)1()(11=-++++n n n n na a n a a

0>n a (*

N n ∈)∴(n+1)01=-+n n na a , 即

1

1+=+n n

a a n n

∴2≥n 时,

n

n a a n n 1

1-=-

112211a a a a a a a a n n n n n ????=

--- =121121??--?- n n n

n =n 1. 、

评注:本题是关于

n

a 和

1

+n a 的二次齐次式,可以通过因式分解(一般情况时用求根公式)得到

n

a 与

1

+n a 的更为明显的关系式,从而求出

n

a .

练习.已知

1

,111->-+=+a n na a n n ,求数列{an}的通项公式.

答案:

=n a )

1()!1(1+?-a n -1.

评注:本题解题的关键是把原来的递推关系式

,

11-+=+n na a n n 转化为

),

1(11+=++n n a n a 若令

1

+=n n a b ,则问题进一步转化为

n

n nb b =+1形式,进而应用累乘法求

出数列的通项公式.

三、待定系数法 适用于1()n n a qa f n +=+

基本思路是转化为等差数列或等比数列,而数列的本质是一个函数,其定义域是自然数集的一个函数。

1.形如

(,1≠+=+c d ca a n n ,其中a a =1)型

?

(1)若c=1时,数列{

n a }为等差数列;

(2)若d=0时,数列{n

a }为等比数列;

(3)若01≠≠且d c 时,数列{n

a }为线性递推数列,其通项可通过待定系数法构造辅助数列

来求.

待定系数法:设

)

(1λλ+=++n n a c a ,

λ

)1(1-+=+c ca a n n ,与题设

,

1d ca a n n +=+比较系数得

d c =-λ)1(,所以

)0(,1≠-=

c c

d λ所以有:

)1(11-+=-+-c d a c c d a n n 因此数列????

??-+1c d a n 构成以11-+

c d

a 为首项,以c 为公比的等比数列, 所以

11)1(1-?-+=-+

n n c c d a c d a 即:

1)1(11--?-+=-c d c c d a a n n . 、

规律:将递推关系

d

ca a n n +=+1化为

)1(11-+=-+

+c d

a c c d a n n ,构造成公比为c 的等比数

}1{-+

c d a n 从而求得通项公式)1(1111-++-=-+c d

a c c d a n n

逐项相减法(阶差法):有时我们从递推关系d

ca a n n +=+1中把n 换成n-1有

d

ca a n n +=-1,

两式相减有

)

(11-+-=-n n n n a a c a a 从而化为公比为c 的等比数列

}

{1n n a a -+,进而求得通项公式.

)

(121a a c a a n n n -=-+,再利用类型(1)即可求得通项公式.我们看到此方法比较复杂.

例6已知数列{}n a 中,111,21(2)n n a a a n -==+≥,求数列{}n a 的通项公式。 解法一:

121(2),n n a a n -=+≥

{}112,1n a a +=∴+是首项为2,公比为2的等比数列

12n n a ∴+=,即21n

n a =-

解法二:

121(2),n n a a n -=+≥

两式相减得112()(2)n n n n a a a a n +--=-≥,故数列{}1n n a a +-是首项为2,公比为2的等

比数列,再用累加法的……

]

练习.已知数列

}

{n a 中,

,2121,211+=

=+n n a a a 求通项n a 。

答案:1

)21

(1+=-n n a

2.形如:

n

n n q a p a +?=+1 (其中q 是常数,且n ≠0,1)

①若p=1时,即:

n

n n q a a +=+1,累加即可.

②若1≠p 时,即:n n n q a p a +?=+1,

求通项方法有以下三种方向:i. 两边同除以1

+n p .目的是把所求数列构造成等差数列

即:

n

n

n n n q

p p q a p a )(11

1

?+

=

++,令

n n n p a b =

,则

n

n n q p p b b )

(11?=

-+,然后类型1,

累加求通项.

ii.两边同除以1+n q . 目的是把所求数列构造成等差数列。

]

即:

q

q a q p q a n n n n 1

1

1

+?=

++,

n

n

n q

a

b=

,则可化为

q

b

q

p

b

n

n

1

1

+

?

=

+

.然后转化为类型5来解,

iii.待定系数法:目的是把所求数列构造成等差数列

)

(

1

1

n

n

n

n

p

a

p

q

a?

+

=

?

++

+

λ

λ

.通过比较系数,求出λ,转化为等比数列求通项.

注意:应用待定系数法时,要求p≠q,否则待定系数法会失效。

例7已知数列{}

n

a

满足

1

11

2431

n

n n

a a a

-

+

=+?=

,求数列

{}

n

a

的通项公式。

解法一(待定系数法):设

1

112

3(3

n n

n n

a a

λλλ-

+

+=+?)

,比较系数得12

4,2

λλ

=-=

则数列{}1

43n

n

a-

-?

是首项为

11

1

435

a-

-?=-

,公比为2的等比数列,

·

所以

11

4352

n n

n

a--

-?=-?

,即

11

4352

n n

n

a--

=?-?

解法二(两边同除以

1+

n

q):两边同时除以1

3n+得:

1

12

24

3333

n n

n n

a a

+

+

=?+

,下面解法略

解法三(两边同除以

1+

n

p):两边同时除以1

2+n得:

n

n

n

n

n

a

a

)

2

3

(

3

4

2

21

1?

+

=

+

+

,下面解法略

3.形如

b

kn

pa

a

n

n

+

+

=

+1 (其中k,b是常数,且0

k)

方法1:逐项相减法(阶差法)方法2:待定系数法

通过凑配可转化为

)

)1

(

(

)

(

1

y

n

x

a

p

y

xn

a

n

n

+

-

+

=

+

+

-;

解题基本步骤:】

1、确定

()

f n=kn+b

2、设等比数列

)

(y

xn

a

b

n

n

+

+

=

,公比为p

3、列出关系式

)

)1

(

(

)

(

1

y

n

x

a

p

y

xn

a

n

n

+

-

+

=

+

+

-,即1-

=

n

n

pb

b

4、比较系数求x,y

5、解得数列

)

(y xn a n ++的通项公式

6、解得数列

{}n a 的通项公式

例8 在数列}

{n a 中,

,

23,111n a a a n n +==+求通项

n

a .(逐项相减法)

解: ,

,

231n a a n n +=+ ①

$

∴2≥n 时,)1(231-+=-n a a n n ,

两式相减得

2

)(311+-=--+n n n n a a a a .令

n

n n a a b -=+1,则

2

31+=-n n b b

利用类型5的方法知2

351+?=-n n b 即

1

3511-?=--+n n n a a ②

再由累加法可得

213251--?=

-n a n n . 亦可联立 ① ②解出213251--?=-n a n n .

例9. 在数列{}n a 中,

362,23

11-=-=

-n a a a n n ,求通项n a .(待定系数法)

解:原递推式可化为

y

n x a y xn a n n ++-+=++-)1()(21

比较系数可得:x=-6,y=9,上式即为1

2-=n n b b

所以

{}n b 是一个等比数列,首项

299611=

+-=n a b ,公比为21.1

)21

(29-=∴n n b 即:

n

n n a )21

(996?=+-

>

故9

6)21

(9-+?=n a n n .

4.形如

c

n b n a pa a n n +?+?+=+21 (其中a,b,c 是常数,且0≠a )

基本思路是转化为等比数列,而数列的本质是一个函数,其定义域是自然数集的一个函数。

例10 已知数列{}n a 满足2

1123451n n a a n n a +=+++=,,求数列{}n a 的通项公式。

解:设22

1(1)(1)2()n n a x n y n z a xn yn z ++++++=+++

比较系数得3,10,18x y z ===,

所以22

13(1)10(1)182(31018)n n a n n a n n ++++++=+++

由213110118131320a +?+?+=+=≠,得2

310180n a n n +++≠

则212

3(1)10(1)18231018

n n a n n a n n ++++++=+++,故数列2{31018}n a n n +++为以21311011813132a +?+?+=+=为首项,以2为公比的等比数列,因此2131018322n n a n n -+++=?,则42231018n n a n n +=---。

5.形如21 n n n a pa qa ++=+时将n a 作为()f n 求解

分析:原递推式可化为211()() n n n n a a p a a λλλ++++=++的形式,比较系数可求得λ,数列

{}1n n a a λ++为等比数列。

例11 已知数列

{}

n a 满足

211256,1,2

n n n a a a a a ++=-=-=,求数列

{}

n a 的通项公式。

解:设

211(5)()

n n n n a a a a λλλ++++=++

比较系数得3λ=-或2λ=-,不妨取2λ=-,(取-3 结果形式可能不同,但本质相同)

21123(2)

n n n n a a a a +++-=-,则

{}12n n a a +-是首项为4,公比为3的等比数列

1

1243n n n a a -+∴-=?,所以

11

4352n n n a --=?-?

~

练习.数列{}n a 中,若2,821==a a ,且满足03412=+-++n n n a a a ,求n a .

答案:

n

n a 311-=.

四、迭代法

r

n

n pa a =+1(其中p,r 为常数)型

例12 已知数列

{}

n a 满足

3(1)2

115n

n n n a a a ++==,,求数列{}n a 的通项公式。 解:因为

3(1)21n

n n n

a a

++=,所以

15

a =,所以数列

{}

n a 的通项公式为

(1)12

3!2

5

n n n n n a --??=。

注:本题还可综合利用累乘法和对数变换法求数列的通项公式。 五、对数变换法 适用于

r

n

n pa a =+1(其中p,r 为常数)型 p>0,

>n a

例14. 设正项数列{}n a 满足11=a ,2

12-=n n a a (n ≥2).求数列{}n a 的通项公式.

解:两边取对数得:122log 21log -+=n n a a ,)1(log 21log 1

22+=+-n n a a ,设1log 2+=n a n

b ,则1

2-=n n b b {}n b 是以2为公比的等比数列,11log 1

21=+=b 11221--=?=n n n b ,

1221log -=+n a n

,12log 12-=-n a n ,∴

1

21

2--=n n a

练习 数列

{}n a 中,11=a ,1

2

-=n n a a (n ≥2),求数列

{}n a 的通项公式.

答案:n

n a --=22

22

例15 已知数列{}n a 满足5

123n n n a a +=??,17a =,求数列{}n a 的通项公式。

解:因为5

11237n n n a a a +=??=,,所以100n n a a +>>,。

两边取常用对数得1lg 5lg lg3lg 2n n a a n +=++

设1lg (1)5(lg )n n a x n y a xn y ++++=++ (同类型四)

/

比较系数得, lg3lg3lg 2

,4164

x y =

=+

由1lg3lg3lg 2lg3lg3lg 2lg 1lg 71041644164a +

?++=+?++≠,得lg3lg3lg 2

lg 04164

n a n +++≠, 所以数列lg3lg3lg 2{lg }4164n a n +

++是以lg3lg3lg 2

lg 74164

+++

为首项,以5为公比的等比数列,则1

lg3lg3lg 2lg3lg3lg 2lg (lg 7)541644164

n n a n -+++=+++,因此

111111111

16

164

4

44

1111

15

1616

444

4

541515116

4

lg 3lg 3lg 2lg 3lg 3lg 2

lg (lg 7)54164464

[lg(7332)]5lg(332)

lg(7332)lg(332)lg(73

2

)

n n n n n n n n n n a n --------=+

++---=???-??=???-??=??

则11

54151516

4

73

2

n n n n n a -----=??。

六、倒数变换法 适用于分式关系的递推公式,分子只有一项 例16 已知数列{}n a 满足112,12

n

n n a a a a +=

=+,求数列{}n a 的通项公式。 解:求倒数得

11111111111,,22n n n n n n a a a a a a +++??=+∴-=∴-????

为等差数列,首项111a =,公差为1

2,

112

(1),21

n n n a a n ∴

=+∴=+ 七、换元法 适用于含根式的递推关系

例17 已知数列{}n a

满足111

(14116n n a a a +=

++=,,求数列{}n a 的通项公式。

解:令n b =2

1(1)24

n n a b =-

代入11

(1416

n n a a +=

++得 即22

14(3)n n b b +=+

因为0n b =≥,

则123n n b b +=+,即11322

n n b b +=+, 可化为11

3(3)2

n n b b +-=

-, 所以{3}n b -

是以13332b -===为首项,以

2

1

为公比的等比数列,因此121132()()22n n n b ---==,则21()32n n b -=+

21

()32

n -=+,得

>

2111

()()3423

n n n a =++。

八、数学归纳法 通过首项和递推关系式求出数列的前n 项,猜出数列的通项公式,再用数学归纳

法加以证明。 例18 已知数列{}n a 满足1122

8(1)8

(21)(23)9

n n n a a a n n ++=+

=++,,求数列{}n a 的通项公式。 解:由1228(1)(21)(23)n n n a a n n ++=+

++及1

89

a =,得 由此可猜测22

(21)1

(21)n n a n +-=+,下面用数学归纳法证明这个结论。 (1)当1n =时,212(211)18

(211)9

a ?+-=

=?+,所以等式成立。 (2)假设当n k =时等式成立,即22

(21)1

(21)

k k a k +-=+,则当1n k =+时, 由此可知,当1n k =+时等式也成立。

根据(1),(2)可知,等式对任何*

n N ∈都成立。 九、阶差法(逐项相减法) 1、递推公式中既有n S ,又有n a

分析:把已知关系通过11,1

,2

n n n S n a S S n -=?=?

-≥?转化为数列{}n a 或n S 的递推关系,然后采用相应的

方法求解。

例19 已知数列{}n a 的各项均为正数,且前n 项和n S 满足1

(1)(2)6

n n n S a a =++,且249,,a a a 成等比数列,求数列{}n a 的通项公式。 解:∵对任意n N +

∈有1

(1)(2)6

n n n S a a =++ ⑴ ∴当n=1时,11111

(1)(2)6

S a a a ==++,解得11a =或12a = 当n ≥2时,1111

(1)(2)6

n n n S a a ---=

++ ⑵ :

⑴-⑵整理得:11()(3)0n n n n a a a a --+--= ∵{}n a 各项均为正数,∴13n n a a --=

当11a =时,32n a n =-,此时2

429a a a =成立

当12a =时,31n a n =-,此时2

429a a a =不成立,故12a =舍去

所以32n a n =-

练习。已知数列}{n a 中, 0>n a 且2)1(2

1

+=

n n a S ,求数列}{n a 的通项公式. 答案:n n n a S S =--1 2

12)1()1(+=--n n a a 12-=n a n

2、对无穷递推数列

例20 已知数列{}n a 满足112311

23(1)(2)n n a a a a a n a n -==++++-≥,,求{}n a 的通项公式。

解:因为123123(1)(2)n n a a a a n a n -=++++-≥

所以1123123(1)n n n a a a a n a na +-=+++

+-+

用②式-①式得1.n n n a a na +-=

则1(1)(2)n n a n a n +=+≥ 故

1

1(2)n n

a n n a +=+≥ 所以1

3

22212

2

!

[(1)43].2

n n n n n a a a n a a n n a a a a a ---=

???

?=-???=

由123123(1)(2)n n a a a a n a n -=++++-≥,21222n a a a ==+取得,则21a a =,又知11a =,

则21a =,代入③得!13452

n n a n =?????=

。 所以,{}n a 的通项公式为!.2

n n a =

{

十、不动点法 目的是将递推数列转化为等比(差)数列的方法

不动点的定义:函数()f x 的定义域为D ,若存在0()f x x D ∈,使00()f x x =成立,则称0x 为

()f x 的不动点或称00(,())x f x 为函数()f x 的不动点。

分析:由()f x x =求出不动点0x ,在递推公式两边同时减去0x ,在变形求解。 类型一:形如1 n n a qa d +=+

例21 已知数列{}n a 中,111,21(2)n n a a a n -==+≥,求数列{}n a 的通项公式。 解:递推关系是对应得递归函数为()21f x x =+,由()f x x =得,不动点为-1 ∴112(1)n n a a ++=+,…… 类型二:形如1n n n a a b

a c a d

+?+=

?+

;

分析:递归函数为()a x b

f x c x d

?+=

?+

(1)若有两个相异的不动点p,q 时,将递归关系式两边分别减去不动点p,q ,再将两式相除得

11n n n n a p a p k a q a q ++--=?--,其中a pc k a qc -=-,∴111111()()

()()

n n n a q pq k a p pq a a p k a q -----=---

(2)若有两个相同的不动点p ,则将递归关系式两边减去不动点p ,然后用1除,得

111n n k a p a p +=+--,其中2c

k a d

=+。

例22. 设数列{}n a 满足7

24

5,211++=

=+n n n a a a a ,求数列{}n a 的通项公式.

分析:此类问题常用参数法化等比数列求解. 解:对等式两端同时加参数t,得:

7

2524

7)52(727)52(72451

++++

+=+++=+++=++n n n n n n n a t t a t a t a t t a a t a , 令5

24

7++=

t t t , 解之得t=1,-2 代入72)52(1+++=++n n n a t a t t a 得

>

7213

11+-=-+n n n a a a ,7

22

921++=++n n n a a a ,

相除得

21312111+-?=+-++n n n n a a a a ,即{21+-n n a a }是首项为4

1

2111=+-a a ,

公比为31

的等比数列, 21+-n n a a =n -?134

1, 解得13423411-?+?=--n n n a .

方法2:,

7

21

3

11+-=-+n n n a a a ,

两边取倒数得

1

3

32)1(39)1(2)1(3721

11-+=-+-=-+=

-+n n n n n n a a a a a a ,

令b 1

1

-=

n n a ,则b =n n b 33

2

+,, 转化为累加法来求. 例23 已知数列{}n a 满足112124

441

n n n a a a a +-=

=+,,求数列{}n a 的通项公式。

解:令212441x x x -=

+,得2

420240x x -+=,则1223x x ==,是函数2124()41

x f x x -=+的两个不

动点。因为

112124

2

24121242(41)13262

132124321243(41)92793341

n n n n n n n n n n n n n n a a a a a a a a a a a a a a ++---+--+--====----+---+。所以数列23n n a a ??-??-??

112422343a a --==--为首项,以913

为公比的等比数列,故12132()39

n n

n a a --=-,则11313

2()19

n n a -=

+-。

十一。特征方程法 形如21(,n n n a pa qa p q ++=+是常数)的数列

形如112221,,(,n n n a m a m a pa qa p q ++===+是常数)的二阶递推数列都可用特征根法求得通项

n a ,其特征方程为2x px q =+…①

若①有二异根,αβ,则可令1212(,n n

n a c c c c αβ=+是待定常数) 若①有二重根αβ=,则可令1212()(,n

n a c nc c c α=+是待定常数)

再利用1122,,a m a m ==可求得12,c c ,进而求得n a

例24 已知数列{}n a 满足*

12212,3,32()n n n a a a a a n N ++===-∈,求数列{}n a 的通项n a 解:其特征方程为2

32x x =-,解得121,2x x ==,令1212n n n a c c =?+?,

由1122122243a c c a c c =+=??=+=?,得121

12

c c =???=??, 112n n a -∴=+

例25、数列{}n a 满足1512a =-,且2

12542924

n n n a a a +-

=+求数列{}n

a 的通项。 解:22

11252925244429292244

n n n n n n n a a a a a a a λλλλ++-++-

+==

+=++

……① 令2

29254λλ-=,解得12251,4

λλ==,将它们代回①得,

()21112924

n n n a a a +++=

+

……②,2

12525429424n

n n a a a +??+ ???+=+……③, ③÷②,得2

1125254411n n n n a a a a ++??

++ ?= ?++ ?

??

,

则11252544lg 2lg 11n n n n a a a a +++

+=++,∴数列254lg 1n n a a ??+????+??

??

成等比数列,首项为1,公比q =2

所以1254lg 21n n n a a -+

=+,则12254101n n n a a -+=+,1

1

222510

4101

n n n a ---∴=- 十二、基本数列

1.形如)(1n f a a n n =-+型 等差数列的广义形式,见累加法。 2.形如

)(1

n f a a n

n =+型 等比数列的广义形式,见累乘法。 3.形如)(1n f a a n n =++型

(1)若d a a n n =++1(d 为常数),则数列{n a }为“等和数列”,它是一个周期数列,周期为2,其通项分奇数项和偶数项来讨论;

(2)若f(n)为n 的函数(非常数)时,可通过构造转化为)(1n f a a n n =-+型,通过累加来求出通项;或用逐差法(两式相减)得)1()(11--=--+n f n f a a n n ,,分奇偶项来分求通项.

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