数学百科

高阶等差数列

2023-05-02

等差数列的一种直接推广.该数列的高阶差分成等差数列.任一数列(第二项起)的每一项减去前一项的差称为差分.差分等于常数d的数列是等差数列,d是其公差,任一数列的差分依序排成的数列称为该数列的一阶差分.等差数列的一阶差分是由公差d组成的常数列.常数列的一阶差分全由0组成.任一数列的一阶差分的差分称为原数列的二阶差分,二阶差分的一阶差分称为三阶差分等.因此,对任一数列可导出其任意(正整数)阶的差分.如果一个数列的高阶差分中出现等差数列而它本身又不是等差数列,则该数列称为高阶等差数列.当高阶等差数列的最先呈现为等差数列的差分(数列)的阶是r-1时,它就称为r阶等差数列,可以把等差数列看成高阶等差数列而称为1阶等差数列.r阶等差数列的一阶差分是r-1阶等差数列,其r阶差分是常数,而r+1阶以上的差分都是0.例如,对于数列1,8,27,64,125,216…有:

  一阶差分7,19,37,61,91,…;

  二阶差分12,18,24,30,…;

  三阶差分6,6,6,…;

四阶差分及以后者皆为0.故此数列为3阶等差数列.设r阶等差数列a1,a2,a3,…,an,an+1,…,各阶差分的首项分别为d1,d2,d3,…,dr-1.则第n项公式为

前n项和公式为

高阶等差数列有如下重要性质:

1.若将r阶等差数列的第n项公式展开,且依n之降幂排列,可得下面多项式an=b0nr+b1nr-1+…+br,其中系数b0,b1,…,br与项数n无关.

2.设f(x)代表任一r次有理整函数,如f(x)=b0xr+b1xr-1+…+br.若在f(x)中依次令x=1,2,3,…,所得之数列f(1),f(2),f(3),…为r阶等差数列(此为上述性质1的逆定理).

3.连续整数的r次乘幂必组成r阶等差数列.

4.r阶等差数列与s阶等差数列各对应项之积,必组成(r+s)阶等差数列.