已知数列{an}\{a_{n}\}满足a1=1a_{1}=1,a2=13a_{2}= \dfrac {1}{3},若anan−1+2anan+1=3an−1an+1(n⩾2,n∈N+)a_{n}a_{n-1}+2a_{n}a_{n+1}=3a_{n-1}a_{n+1}(n\geqslant 2,n∈N^{+}),则数列{an}\{a_{n}\}的通项an=a_{n}= ___ .

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完整解法

1. 变形递推公式,转化为差值关系

已知递推关系为:
anan−1+2anan+1=3an−1an+1(n⩾2,n∈N+)a_{n}a_{n-1}+2a_{n}a_{n+1}=3a_{n-1}a_{n+1} \quad (n\geqslant 2, n\in \mathbb{N}^{+})
由于 a1=1a_1=1, a2=13a_2=\frac{1}{3},易知 an≠0a_n \neq 0。两边同除以 an−1anan+1a_{n-1}a_n a_{n+1} 可得:
1an+1+2an−1=3an\frac{1}{a_{n+1}} + \frac{2}{a_{n-1}} = \frac{3}{a_n}
移项变形整理得:
1an+1−1an=2(1an−1an−1)\frac{1}{a_{n+1}} - \frac{1}{a_n} = 2 \left( \frac{1}{a_n} - \frac{1}{a_{n-1}} \right)

2. 确定差值数列的通项公式

设 bn=1an+1−1anb_n = \frac{1}{a_{n+1}} - \frac{1}{a_n} (n⩾1n \geqslant 1),则有:
bn=2bn−1(n⩾2)b_n = 2b_{n-1} \quad (n \geqslant 2)
从而数列 {bn}\{b_n\} 是以 22 为公比的等比数列。
计算其首项:
b1=1a2−1a1=3−1=2b_1 = \frac{1}{a_2} - \frac{1}{a_1} = 3 - 1 = 2
因此,数列 {bn}\{b_n\} 的通项公式为:
bn=b1⋅2n−1=2⋅2n−1=2nb_n = b_1 \cdot 2^{n-1} = 2 \cdot 2^{n-1} = 2^n

3. 利用累加法求出数列 $\{a_n\}$ 的通项公式

当 n⩾2n \geqslant 2 时,采用累加法:
1an=1a1+∑i=1n−1bi=1+∑i=1n−12i\frac{1}{a_n} = \frac{1}{a_1} + \sum_{i=1}^{n-1} b_i = 1 + \sum_{i=1}^{n-1} 2^i
利用等比数列的前 nn 项和公式求和可得:
1an=1+2(1−2n−1)1−2=1+2n−2=2n−1\frac{1}{a_n} = 1 + \frac{2(1 - 2^{n-1})}{1 - 2} = 1 + 2^n - 2 = 2^n - 1
当 n=1n = 1 时,1a1=1=21−1\frac{1}{a_1} = 1 = 2^1 - 1,上式显然也成立。
因此,数列 {an}\{a_n\} 的通项公式为:
an=12n−1a_n = \frac{1}{2^n - 1}

答案

12n−1\frac{1}{2^{n}-1}

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