請達人解答這道數學證明題

2021-05-06 04:48:36 字數 2038 閱讀 8203

1樓:譚啟聰

(i)a(n+1)與a(n)之關係.

觀察c上的點q(n), 由於c的方程為 y=x^2

而且q(n)的橫座標為a(n)

所以q(n)的縱座標為a(n)^2.

同時, 觀察l上的點p(n). 由於l的方程為y=ax, p(n)的橫座標為a(n),

所以p(n)的縱座標為a*a(n). (注意區分這裡的兩個a... 第一個a只是y=ax裡的a)

由題設, p(n+1)與q(n)的縱座標相同, 故得:

a*a(n+1)=a(n)^2 ... 1

這就得到a(n+1)與a(n)的關係.

注意由[1]式, 可知a(n+1)>=0, 且當a(n)>0時 a(n+1)>0.

通項公式可以這樣求:

a(n+1)=(a(n))^2 /a

= (a(n-1)^2 /a)^2 /a

= (a(n-1)^4 /a^2) /a

= ((a(n-2)^8 /a^4) /a^2) /a

= ...

= a(1)^(2^n) / a^(1+2+...+2^(n-1))

= a(1)^(2^n) / a^(2^n -1)

= a * (a(1)/a)^(2^n)

即 a(n) = a * (a(1)/a)^(2^(n-1)).

注意當a(1)

(ii)當a=1, a(1)<=1/2時, 證明

sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2)<1/32

注意到 a(k+1)=a(k)^2/a=a(k)^2

所以 a(k)-a(k+1)

= (a(k-1)^2 - a(k)^2)

= (a(k-1) - a(k))(a(k-1)+a(k))

< (a(k-1) - a(k)) (2a(1))

<= a(k-1) - a(k)

<= ... <= a(1) - a(2) = a(1) - a(1)^2 = a(1)(1-a(1))

因此 sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2)

<= a(1)*(1-a(1)) * sum_ a(k+2)

而 sum_ a(k+2)

=a(3)+a(4)+...+a(n+2)

=a(1)^4 + a(1)^8 + a(1)^16 ... + a(1)^(2^(n+1))

< a(1)^4 + a(1)^5 + a(1)^6 + ....

= a(1)^4 / (1-a(1))

因此sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2)

<= a(1)*(1-a(1)) * a(1)^4 / (1-a(1))

=a(1)^5 ..... [*]

當a(1)<=1/2時 a(1)^5<=1/32. 證畢.

(iii)

當a=1時, 證明

sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2)<1/3

這小題要利用積分.

注意(a(k)-a(k+1))*a(k+1))是拋物線下方矩形的面積

所以sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+1) <= 函式 y=x^2 從a(n+1)到a(1)的積分

=(a(1)^3 - a(n+1)^3)/3

<= a(1)^3 /3

而有更甚, a(k+2)<=a(k+1), 所以

sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2) < a(1)^3 /3......[**]

由題設, a(1)

有趣的是, (iii)中雖然得到了[**]式, 但若以此套用在(ii)中, 則只能得到

sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2)<1/24

和(ii)的要求還有差距. 而回顧(ii)中得到的[*]式, 若直接套用在(iii)中則只能得到

sum_ (a(k)-a(k+1))*a(k+2)<1

也不符合(iii)的要求. 這說明(ii)和(iii)兩種估計方法 (與幾何級數比較; 與積分比較) 各有優劣, 而本題則兩種技巧都考查了.

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