套路

把递推看成函数迭代

把 an+1=φ(an)a_{n+1}=\varphi(a_{n}) 里的 φ\varphi 当成一个函数来研究——φ\varphi 的单调性决定数列会不会单调,φ(t)−t\varphi(t)-t 的符号决定它往哪边走,φ(t)=t\varphi(t)=t 的根就是它顶向的那道墙。

解题套路

递推 an+1=φ(an)a_{n+1}=\varphi(a_{n}) 说的是:每一步都在对上一项做同一件事。 那件事是什么,全写在 φ\varphi 里。于是整条数列的走向不用逐项去猜,看 φ\varphi 就够:

  1. 解出 φ\varphi。 递推若是隐式给的(一个关于 an+1a_{n+1} 的方程),先解出非负根、 写成 an+1=φ(an)a_{n+1}=\varphi(a_{n}) 的样子。
  2. 看 φ\varphi 的单调性。 φ\varphi 在所涉区间上递增时, a1<a2a_{1}<a_{2} 就能一路传下去:an<an+1⇒φ(an)<φ(an+1)a_{n}<a_{n+1}\Rightarrow \varphi(a_{n})<\varphi(a_{n+1}), 即 an+1<an+2a_{n+1}<a_{n+2}——单调性只要验一次首步。(φ\varphi 递减时数列不单调,而是两支交错。)
  3. 看 φ(t)−t\varphi(t)-t 的符号。 这个差是「这一步往上走还是往下走」。 它在某段上恒正,数列在那段上就一路上升。
  4. 解 φ(t)=t\varphi(t)=t。 根就是不动点:数列一旦碰到它就再也不动了。 若 φ\varphi 递增、φ\varphi 把某区间 [m,c)[m,c) 映进自身、且在这段上 φ(t)>t\varphi(t)>t, 那么从这段里出发的数列严格递增且始终小于 cc——单调性与上界一次拿到。

为什么好用

逐项归纳每次只能证一句话(「单调」或「有界」),且每问都要重来一遍; 而 φ\varphi 的单调性 + 自映 + φ(t)>t\varphi(t)>t 这三件事一次验完,两个结论一起出来。 更要紧的是,不动点把「这条数列最终顶到哪里」摆到了明处—— 后面要放缩时,那道墙的位置就是你能用的最紧的界。

用不上的时候

  • 递推里显式含 nn(如 an+1=φ(an)+na_{n+1}=\varphi(a_{n})+n),每步做的不是同一件事,φ\varphi 的图像说明不了问题;
  • 递推要用到两项以上(如 an+2=φ(an+1,an)a_{n+2}=\varphi(a_{n+1},a_{n}))。

学它之前先会

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