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!
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
看看這個模式:
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。
猜測 an = rn(r 是我們要找的數字)
原式:an = 5an-1 - 6an-2
代入:rn = 5rn-1 - 6rn-2
兩邊同除以 rn-2:
這就是特徵方程!
用因式分解或公式解:
(r - 2)(r - 3) = 0
所以 r = 2 或 r = 3
其中 c₁ 和 c₂ 要用初始條件來決定
| 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 |
給定遞迴關係:an = 3an-1 + 4an-2
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)
要除以最小的次方!
rn = 5rn-1 - 6rn-2
要除以 rn-2,不是 rn
猜:猜測 an = rn
代:代入遞迴關係
除:除以最小的 r 次方
移:移項變成標準形式(= 0)
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」