"점화식"의 두 판 사이의 차이

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점화식 : 항 사이의 관계식을 써서 수열을 나타낸 식.
 
점화식 : 항 사이의 관계식을 써서 수열을 나타낸 식.
  
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점화식을 푸는 것이란 : 점화식이 만족하는 수열의 일반항을 알아 내는 것.
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보통의 경우 초기항이 주어져야 완전한 답을 낼 수 있다.
  
 
 
 
 
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Tip) 점화식을 유형별로 분류하여 일반항을 <em class="underline">외우지 '''않는''' 것</em>을 추천함. 어떤 느낌으로 기본적인 점화식으로 변형할 수 있는지만 기억해 두면 됩니다. 익숙해지면 기본적인 점화식으로 변형해서 푸는 것이 더 빨라짐. 제발 부탁이니 수많은 점화식을 다 외우는 뻘짓을 하지 않기를 바랍니다. 그 뻘짓을 하신다면 이 글도 작성자의 뻘짓이 되는 겁니다 ㅠ
 
  
 
 
 
 
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*  점화식을 푸는 것이란 : 점화식이 만족하는 수열의 일반항을 알아 내는 것.<br> 보통의 경우 초기항이 주어져야 완전한 답을 낼 수 있다.<br>  <br>
 
  
 
<h5>기본적인 점화식:</h5>
 
<h5>기본적인 점화식:</h5>
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**** <math>px^2 + qx + r = 0 </math> 의 두 근을 <math>\alpha, \beta</math> 라 하면, <math>a_n = A\alpha^{n-1} + B\beta^{n-1}</math> 꼴이며, 초기항 두 개를 아는 경우 상수를 찾을 수 있다.
 
**** <math>px^2 + qx + r = 0 </math> 의 두 근을 <math>\alpha, \beta</math> 라 하면, <math>a_n = A\alpha^{n-1} + B\beta^{n-1}</math> 꼴이며, 초기항 두 개를 아는 경우 상수를 찾을 수 있다.
 
**** 중근 <math>\alpha</math> 를 가지는 경우에는 <math>a_n = A\alpha^{n-1} + Bn\alpha^{n-1}</math> 꼴이 된다.
 
**** 중근 <math>\alpha</math> 를 가지는 경우에는 <math>a_n = A\alpha^{n-1} + Bn\alpha^{n-1}</math> 꼴이 된다.
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*** <math>px^2 + qx + r = 0 </math> 의 두 근 <math>\alpha, \beta</math> 에 대하여, <math>p(\alpha+ \beta) = -q,\quad p(\alpha \beta) = r</math> 이다. (근과 계수와의 관계) 그러므로<br><math>a_{n+2} - (\alpha + \beta)a_{n+1} + \alpha \beta a_n = 0</math> 라고 쓸 수 있다.<br> 이제 <math>a_{n+2} - \alpha a_{n+1} = \beta(a_{n+1} -\alpha a_n)</math> 으로 쓸 수 있다. <math>(a_{n+1} -\beta a_n)</math> 에 대한 등비수열을 풀기.<br><math>a_{n+2} - \beta a_{n+1} = \alpha (a_{n+1} -\beta a_n)</math> 로도 쓸 수 있다. <math>(a_{n+1} -\alpha a_n)</math> 에 대한 등비수열을 풀기.<br> 연립해서 <math>a_{n+1}</math> 을 소거하면 끝! 중근을 가지는 경우에 대한 유도는 독자에게 맡긴다.<br> 이 점화식을 <math>p+q+r=0</math> 인 점화식에 적용해서 풀지 말라는 법도 없다. 한 근이 무조건 1 이 나와서, (등비수열) + (상수) 꼴의 일반항이 나온다.<br>  <br>
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*** <math>px^2 + qx + r = 0 </math> 의 두 근 <math>\alpha, \beta</math> 에 대하여, <math>p(\alpha+ \beta) = -q,\quad p(\alpha \beta) = r</math> 이다. (근과 계수와의 관계) 그러므로<br><math>a_{n+2} - (\alpha + \beta)a_{n+1} + \alpha \beta a_n = 0</math> 라고 쓸 수 있다.<br> 이제 <math>a_{n+2} - \alpha a_{n+1} = \beta(a_{n+1} -\alpha a_n)</math> 으로 쓸 수 있다. <math>(a_{n+1} -\beta a_n)</math> 에 대한 등비수열을 풀기.<br><math>a_{n+2} - \beta a_{n+1} = \alpha (a_{n+1} -\beta a_n)</math> 로도 쓸 수 있다. <math>(a_{n+1} -\alpha a_n)</math> 에 대한 등비수열을 풀기.<br> 연립해서 <math>a_{n+1}</math> 을 소거하면 끝! 중근을 가지는 경우에 대한 유도는 독자에게 맡긴다.<br> 이 점화식을 <math>p+q+r=0</math> 인 점화식에 적용해서 풀지 말라는 법도 없다. 한 근이 무조건 1 이 나와서, (등비수열) + (상수) 꼴의 일반항이 나온다.<br>
 
*** ex) 피보나치 수열 <math>a_{n+2} =  a_{n+1} + a_n</math> 의 일반항을 구하시오. (<math>a_1 = a_ 2 = 1</math>)
 
*** ex) 피보나치 수열 <math>a_{n+2} =  a_{n+1} + a_n</math> 의 일반항을 구하시오. (<math>a_1 = a_ 2 = 1</math>)
 
* <math>pa_{n+2} + qa_{n+1} + ra_n = b_n</math> 꼴의 점화식<br>
 
* <math>pa_{n+2} + qa_{n+1} + ra_n = b_n</math> 꼴의 점화식<br>
 
** 양변에 적당히 <math>n</math> 에 대한 식을 더해서 공비 <math>r</math> 에 대한 등비수열 꼴로 만들 수 있는 경우가 많다.
 
** 양변에 적당히 <math>n</math> 에 대한 식을 더해서 공비 <math>r</math> 에 대한 등비수열 꼴로 만들 수 있는 경우가 많다.
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* 점화식의 풀이 중에는 미분방정식의 풀이와 유사한 것이 많다.
  
 
 
 
 
  
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* http://www.google.com/dictionary?langpair=en|ko&q=
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* [http://mathnet.kaist.ac.kr/mathnet/math_list.php?mode=list&ftype=&fstr= 대한수학회 수학 학술 용어집]<br>
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** http://mathnet.kaist.ac.kr/mathnet/math_list.php?mode=list&ftype=eng_term&fstr=
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* [http://kms.or.kr/home/kor/board/bulletin_list_subject.asp?bulletinid=%7BD6048897-56F9-43D7-8BB6-50B362D1243A%7D&boardname=%BC%F6%C7%D0%BF%EB%BE%EE%C5%E4%B7%D0%B9%E6&globalmenu=7&localmenu=4 대한수학회 수학용어한글화 게시판]
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<h5>사전 형태의 자료</h5>
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* http://ko.wikipedia.org/wiki/
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* [http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%90%ED%99%94%EC%8B%9D http://ko.wikipedia.org/wiki/점화식]
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* http://en.wikipedia.org/wiki/Recurrence_relation
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* http://en.wikipedia.org/wiki/
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* http://www.wolframalpha.com/input/?i=
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* [http://dlmf.nist.gov/ NIST Digital Library of Mathematical Functions]
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* [http://www.research.att.com/%7Enjas/sequences/index.html The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences]<br>
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** http://www.research.att.com/~njas/sequences/?q=
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<h5>관련논문</h5>
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* http://www.jstor.org/action/doBasicSearch?Query=
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<h5>관련도서 및 추천도서</h5>
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** http://books.google.com/books?q=
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** http://book.daum.net/search/contentSearch.do?query=
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*  도서검색<br>
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<h5>관련기사</h5>
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* [http://navercast.naver.com/science/list 네이버 오늘의과학]
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* [http://math.dongascience.com/ 수학동아]
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* [http://www.ams.org/mathmoments/ Mathematical Moments from the AMS]
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* [http://betterexplained.com/ BetterExplained]

2010년 2월 12일 (금) 12:01 판

이 항목의 스프링노트 원문주소

 

 

 

개요

점화식 : 항 사이의 관계식을 써서 수열을 나타낸 식.

점화식을 푸는 것이란 : 점화식이 만족하는 수열의 일반항을 알아 내는 것.

보통의 경우 초기항이 주어져야 완전한 답을 낼 수 있다.

 

 

기본적인 점화식:
  • \(a_{n+1} - a_n = c\) : 등차수열
  • \(a_{n+1} / a_n = c\) : 등비수열
  • \(a_{n+1} - a_n = b_n\) : 위의 <계차수열> 참고.
  • \(a_{n+1} / a_n = b_n\) : 계차수열을 통한 풀이에서, <모든 항을 더하>지 않고 <모든 항을 곱하>면 됨.

 

 

 

기본 점화식의 응용
  • \(a_{n+1} = ka_n + c\)
    • 양변에 적당한 상수를 더하면 \((a_{n+1} + p)= k(a_n + p)\) 꼴로 만들 수 있다.
    • 일반항이 \((a_n + p)\) 인 수열은 공비 \(k\) 인 등비수열, \(a_n + p =(a_1 + p) k^{n-1}\)
    • 적당한 상수 \(p\) 는 어떻게 찾냐고? 생각해 볼 것.
       
    • ex) \(a_{n+1} = 2a_{n} + 3\), 초기항 1
      양변에 3을 더하면 \((a_{n+1} +3 )= 2( a_{n} + 3)\), 적당한 상수 \(k\) 에 대하여 \(a_{n} + 3 = k 2^n\)
      초항을 만족시키는 \(k\) 값은 2이므로, \(a_n = 2^{n+1} - 3\)

 

  • \(a_{n+1} = ra_n + b_n\) 꼴의 점화식
    • 양변을 \(r^{n+1}\) 로 나눈 후, \(a_n / r^n\) 에 대한 점화식을 푸는 것이 한 방법. \(b_n\) 이 등비수열인 경우 효과적이다.
    • 양변에 적당히 \(n\) 에 대한 식을 더해서 공비 \(r\) 에 대한 등비수열 꼴로 만들 수 있는 경우가 많다.
      • \(b_n\) 이 다항식인 경우, 양변에 \(b_n\) 과 같은 차수의 다항식을 (계수를 문자로 두고) 더해서, 등비수열 꼴로 만든 후에 계수 비교를 통해 문자를 찾는다.
         
      • ex ) \(a_{n+1} = 2a_n + 3n + 5\) 인 경우, 양변에 \(pn + q\) 를 더하면
        \(a_{n+1} + pn + q = 2a_n + (3+p)n + (5+q)\)
        우변이 \(2(a_n+ pn + q)\) 인 경우에 등비수열이 되니까, \(3+p = 2p, \quad 5+q=2q\) 이므로 \(p=3, \quad q=5\). 그러므로
        \(a_n + 3n + 5 = k2^n\). 초기항이 주어진 경우 k 를 찾을 수 있다.

 

  • 점화식에 덧셈 기호가 없을 때
    • 로그를 취하면 도움이 됨. 로그의 밑은 계산이 간단하도록 적절히 선택하기.
       
    • ex) \(a_{n+1} = 4a_n^2\) : 밑 2 인 로그를 취하면 \(\log a_{n+1} = 2\log a_n + 2\)
      이제 \(\log a_n = b_n\)에 대한 점화식을 풀면 됨. (양변에 2를 더해서 …)
       
  • 점화식이 분수꼴일때
    • 역수를 취하면 도움이 될 때가 많음. (만능은 아님)
       
    • ex) \({a_{n+1}} = \frac{2a_n}{3a_n+1}\) : 역수를 취하면 \(\frac{1}{a_{n+1}} = \frac{1}{2} \frac{1}{a_n} + \frac{3}{2}\). 이제 \(b_n = \frac{1}{a_n}\) 에 대한 점화식으로 보고 풀면 됨.
       
  • 점화식에 \(a_n\) 과 \(S_n\) 이 함께 나올 때
    • \(S_n - S_{n-1}=a_n\)\((n \ge 2)\) , \(S_1 = a_1 \) 의 관계를 사용하면 \(a_n\) 만의 점화식으로 만들 수 있다.
       
    • ex) \( a_n = 2 S_n + 3^n\) 일 때, \( a_1 = 2 a_1 + 3\) 이므로 \(a_1 = -3\)
      \(a_{n+1} = 2 S_{n+1} + 3^{n+1}\) 식과 \( a_n = 2 S_n + 3^n\) 식을 빼 주면 \(a_{n+1} - a_n = 2 a_{n+1} + 2\cdot 3^{n}\)
      이제부터는 알아서 할 것. 부분합과 일반항이 함께 등장하는 점화식에서는 초기 조건에서 실수를 할 가능성이 높으므로, \(a_1, a_2, a_3\) 정도는 점화식으로부터 직접 구해 보는 것이 좋을 것이다. 그리고 구한 일반항 \(a_n\) 은 \((n \ge 2)\) 에서만 성립하는 식일 가능성도 있다.

 

 

선형점화식
  • \(pa_{n+2} + qa_{n+1} + ra_n = 0\) 꼴의 점화식
    • \(p+q+r =0\) 일 때
      • 잘 정리하면 \(a_{n+2} - a_{n+1} = r(a_{n+1} - a_n)\) 의 형태로 만들 수 있다. 그러면 계차수열 \(b_n = a_{n+1} - a_{n}\) 에 대한 등차수열이라고 생각하고, \(b_n\) 을 구한다.
      • 계차수열을 알 때 일반항을 구하는 건 할 수 있지?
    • \(p+q+r \ne 0 \) 일 때 : (교육 과정 외, 이 점화식만은 외우는 것을 권장함. 유도 과정이 너무 길다.)
      • 결론부터 말하자면,
        • \(px^2 + qx + r = 0 \) 의 두 근을 \(\alpha, \beta\) 라 하면, \(a_n = A\alpha^{n-1} + B\beta^{n-1}\) 꼴이며, 초기항 두 개를 아는 경우 상수를 찾을 수 있다.
        • 중근 \(\alpha\) 를 가지는 경우에는 \(a_n = A\alpha^{n-1} + Bn\alpha^{n-1}\) 꼴이 된다.
      • \(px^2 + qx + r = 0 \) 의 두 근 \(\alpha, \beta\) 에 대하여, \(p(\alpha+ \beta) = -q,\quad p(\alpha \beta) = r\) 이다. (근과 계수와의 관계) 그러므로
        \(a_{n+2} - (\alpha + \beta)a_{n+1} + \alpha \beta a_n = 0\) 라고 쓸 수 있다.
        이제 \(a_{n+2} - \alpha a_{n+1} = \beta(a_{n+1} -\alpha a_n)\) 으로 쓸 수 있다. \((a_{n+1} -\beta a_n)\) 에 대한 등비수열을 풀기.
        \(a_{n+2} - \beta a_{n+1} = \alpha (a_{n+1} -\beta a_n)\) 로도 쓸 수 있다. \((a_{n+1} -\alpha a_n)\) 에 대한 등비수열을 풀기.
        연립해서 \(a_{n+1}\) 을 소거하면 끝! 중근을 가지는 경우에 대한 유도는 독자에게 맡긴다.
        이 점화식을 \(p+q+r=0\) 인 점화식에 적용해서 풀지 말라는 법도 없다. 한 근이 무조건 1 이 나와서, (등비수열) + (상수) 꼴의 일반항이 나온다.
      • ex) 피보나치 수열 \(a_{n+2} = a_{n+1} + a_n\) 의 일반항을 구하시오. (\(a_1 = a_ 2 = 1\))
  • \(pa_{n+2} + qa_{n+1} + ra_n = b_n\) 꼴의 점화식
    • 양변에 적당히 \(n\) 에 대한 식을 더해서 공비 \(r\) 에 대한 등비수열 꼴로 만들 수 있는 경우가 많다.
  • 점화식의 풀이 중에는 미분방정식의 풀이와 유사한 것이 많다.

 

 

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