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我们刚才了解了斐波那契数

它是这样的一个线性关系

同时我们还学过另外一个递推关系

也就是汉诺塔

那么看这两个递推关系

大家会发现它有一个共通之处

比如说它的右端都是0

同时我们可以看到在它的表达式中

没有两项相乘 也没有平方项

因此它就是一个线性累加和

尤其在线性累加的时候

它的系数是常数

所以这两个递推关系实际上是属于同一类的

我们称之为是线性常系数齐次递推关系

如果用定义来表达的话

如果一个序列an

它满足这样一个线性累加和等于0的话

同时它具有一些常系数

也就是C0、C1、C2一直到Ck

那么对应于一个递推关系

它又想决定下一项的话

它必须有初始值

因此呢我们有从D0、D1

一直到Dk减1这么若干个初始值

假如说对应的系数

最大的系数是Ck不等于0的话

那么这个式子就被称为是

k阶的线性常系数齐次递推关系

而用英文呢

它被称为是

linear homogeneous recurrence relation

我们就回头看一看

在一开始我们学习汉诺塔的时候

我们给了一个这样的递推关系

它是线性常系数齐次递推关系吗

首先它的右端项并不为0

所以我们要将它右端项通过变换

变成0以后

产生了一个刚才提到的递推关系

利用这样一个线性常系数齐次递推关系

我们才能用母函数进行快速的求解

下面再举个例子

an等于an减1加上an减2乘以an减3

当然确实它也有三个初始值

但是因为它里面有an减2乘以an减3

这样一个非线性的和

因此它不是一个线性常系数递推关系

而对于线性常系数递推关系

我们有一种非常有效的方法

也就是母函数方法

我们来看

当初我们在求解斐波那契的时候

我们根据它的序列

把它的序列作为系数产生了一个母函数

接着呢我们通过推理

得出了母函数

就应该等于x除以1减x减去x平方

接下来我们做了一个什么变化呢

我们实际上是想利用泰勒展开式

1减ax分之一等于1加ax加a的平方x平方

一直累加下去

这样的话

它的xk次方的系数就好对应出来

那么既然是分母是1减x减去x平方

怎么换成一个1减ax乘以1减bx的样子呢

其实在前面的两个递推关系求解过程中

我给大家在这里一带而过了

现在我们来仔细分析一下

我们当初是把它变成了1减x减x平方

变成了1减αx乘以1减βx

当然这个α等于二分之一加根号5

β等于二分之一减根号5

那是怎么求出来的呢

大家会想

我把一个相对于多项式

变成了两个因式相乘

那它是不是我们知道的因式分解呢

回头看一看

我们在这里做了一个什么样的变换

我们要把1减x减去x平方

变成1减αx乘以1减βx

那因式分解是什么

回顾一下因式分解的定义

实际上如果对于一个函数fx等于0

它有一个根是a的话

它就会有一个因式

就是x减a

但是我们要的是什么

回头我们看一下

我们要的是1减ax

和因式定理中的x减a结构是不一样的

但是我们能不能凑出来呢

其实我们对照因式定理可以想一下

x减a如果我把x提出来

里面会变成什么

里面会变成了1减a的x负1次方

然后外面再乘以个x

这时候如果我拿m来代替x的负1次方

是不是就已经出现了1减am的这样的形式呢

那么我们就会有这样的一个想法

假如对应的a是一个一元多项式

fx的负1次方的一个根的话

那么这只有fa等于0乘0

这时候多项式fx的负1次方就会有一个因式

是什么

直接把x负1次方代进去

x负1次方减a

它整理之后就变成了1减ax除以x

这里就变换出来我们想要的1减ax

带着这样的思路我们来看

1减ax减去x平方

怎么变成了1减αx乘以1减βx的呢

首先我们一样

刚才不是说了嘛

不要用x了

我们这时候要用x的负1次方

因此我们把母函数的分母1减x减去x的平方

把x的负1次方提出来

因为它是x平方项

因此我们提两次

因此提两个x出来

变成了x平方乘以x的负1的平方

减去x负1 然后再减1

这里面为了方便起见

我们用小m来代替x的负1次方

这时候我们再看

这里面我们把x平方暂且不看

剩下了什么

剩下的就是m平方减去m减1

它的根是什么

它的根实际上就是我们刚才所说的α和β

把这个式子再代回来

这时候我们知道对应于Cm

可以写成是m减去α乘以m减去β

而这里面代回到原来的1减x减去x平方

剩下的不就变成了x平方再继续乘进去

一乘进去就变出来了1减βx乘以1减βx

所以这样一个过程

似乎看着稍微复杂一点

但是我们通过x负1次方的变换

就把因式定理的x减a

变成了我们想要的1减ax

到此还没有完

我们回头看看

当初一开始我们把x负1次方替换进去以后

变出来的是Cm等于m平方减m减1

这个式子是我们从x负1次方代出来的

但回来看 它的递推关系长什么样

它的递推关系就是

fn减去fn减1减去fn减2等于0

这两个式子大家一看

次数 阶数一一对应

前面的系数符号一一对应

是不是直接就可以用递推关系

找到对应这样一个Cm的公式呢

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