对于一般的线性递推关系,即形如
$$x_{n+1} = a_n x_n + a_{n-1} x_{n-1} + \dots + a_1 x_1 + a_0$$
的递推关系,这一点都成立,其中系数 ak 与 xk 无关,但可能依赖于 n。这一性质在完全一般的情况下很容易证明,而且同样的证明也适用于上面最简单的情形 (7.9)。
假设我们能确定 (7.9) 的一个特解 pn,使得
$$p_{n+1} = ap_n + b$$
现在我们寻找一个函数 qn,它与 pn 互补,使得
$$x_n = p_n + q_n$$
是 (7.9) 的通解。将 xn 代入该关系式可得
$$p_{n+1} + q_{n+1} = ap_n + aq_n + b$$
由于 $p_{n+1} = ap_n + b$ ,这意味着
$$q_{n+1} = aq_n$$
由 (7.8),该关系式的通解为
$$q_n = A a^n$$
其中 A 是常数。因此 (7.9) 的通解为
$$x_n = p_n + A a^n$$
由于 qn 与 pn 互补构成通解,它通常被称为补解。如前所述,对于一阶递推关系,我们总能找到补解。于是剩下的任务就是求特解 pn。求 pn 的方法取决于项 b,我们将在例 7.15 中加以说明。
事实上,通解等于一个特解与一个补解之和这一性质适用于所有线性系统,包括连续的和离散的。稍后(见第 10 章)在考虑线性常微分方程的通解时,我们还会再次遇到它。
例 7.15 求下列递推关系的通解
(a) $$x_{n+1} = 3x_n + 4$$ (b) $x_{n+1} = x_n + 4$
(b) $$x_{n+1} = x_n + 4$$
(c) $$x_{n+1} = \alpha x_n + C\beta^n$$
(d) $$x_{n+1} = \alpha x_n + C\alpha^n$$ ( $\alpha, \beta, C$ 为给定常数)
解答 (a) 首先我们尝试求任意形如 $n$ 它将满足该关系式。由于它包含常数项 4,凭常识可以看看是否存在一个常数 $K$ 满足该关系式。(这样所有项都将是常数。)设 $x_n = K$ 意味着 $x_{n+1} = K$ 于是我们有
$$K = 3K + 4$$