🎯 特徵方程:破解遞迴關係的萬能鑰匙

📌 第一步:理解特徵方程是什麼

🏠 生活化比喻

想像你在存錢,每個月的存款都跟前幾個月有關係:

• 這個月的存款 = 2倍上個月的存款

• 寫成數學:an = 2an-1

問題來了:有沒有一個「公式」可以直接算出第100個月的存款,而不用一個月一個月慢慢算?

💡 答案是:有!這就是特徵方程的功用!

核心概念

特徵方程就是一個「猜測遊戲」:

1. 我們猜測遞迴數列的通解形式是 an = rn

2. 把這個猜測代入原本的遞迴關係

3. 解出 r 的值

4. 用 r 寫出完整的通解

🤔 為什麼要猜 an = rn

直覺解釋

看看這個模式:

  • a1 = 2
  • a2 = 4 = 2²
  • a3 = 8 = 2³
  • a4 = 16 = 2⁴

發現了嗎?每一項都是 2 的 n 次方

所以猜測 an = rn 是很自然的想法。

📝 完整步驟示範

範例:解 an = 5an-1 - 6an-2

步驟 1:猜測解的形式

猜測 an = rn(r 是我們要找的數字)

步驟 2:代入遞迴關係

原式:an = 5an-1 - 6an-2

代入:rn = 5rn-1 - 6rn-2

步驟 3:簡化(除以 rn-2

兩邊同除以 rn-2

r² = 5r - 6

步驟 4:整理成標準形式

r² - 5r + 6 = 0

這就是特徵方程

步驟 5:解方程式

用因式分解或公式解:

(r - 2)(r - 3) = 0

所以 r = 2 或 r = 3

步驟 6:寫出通解

an = c₁(2)n + c₂(3)n

其中 c₁ 和 c₂ 要用初始條件來決定

🎨 視覺化理解

遞迴關係
猜測 rn
特徵方程
解出 r
通解

📋 快速查找表

遞迴關係 特徵方程 說明
an = c₁an-1 r - c₁ = 0 一階(最簡單)
an = c₁an-1 + c₂an-2 r² - c₁r - c₂ = 0 二階(最常見)
an = c₁an-1 + c₂an-2 + c₃an-3 r³ - c₁r² - c₂r - c₃ = 0 三階

🎮 互動練習

練習:寫出特徵方程

給定遞迴關係:an = 3an-1 + 4an-2

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⚠️ 常見錯誤提醒

❌ 錯誤 1:符號搞混

記住:移項要變號

an = 3an-1 + 4an-2

→ r² = 3r + 4

→ r² - 3r - 4 = 0(不是 r² + 3r + 4 = 0)

❌ 錯誤 2:除錯了次方

要除以最小的次方!

rn = 5rn-1 - 6rn-2

要除以 rn-2,不是 rn

🧠 記憶技巧

口訣:「猜代除移」

:猜測 an = rn

:代入遞迴關係

:除以最小的 r 次方

:移項變成標準形式(= 0)

圖像記憶

把特徵方程想像成「遞迴關係的 DNA」:

• 遞迴關係是生物的外表

• 特徵方程是內在的基因

• 解出的 r 值決定了數列的「成長速度」