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2022 年中科大少年班初试 · 第 3 题
F3解答题数列的和
欧拉公式
1+221+321+⋯+n21+⋯=6π2.
求最小正整数n,使得
k=1∑nk21>6π2−20221.
作答
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
解析
思路
将条件改写为正项级数尾和小于给定阈值,再在两个相邻整数处作严格夹估。
解答
记 Rn=∑k=n+1∞1/k2。原条件等价于 Rn<1/2022。对 k≥2,有 1/[k(k+1)]<1/k2<1/[k(k−1)]。求尾和得 1/(n+1)<Rn<1/n。因此 R2022<1/2022,而 R2021>1/2022。尾和随 n 严格递减,所以最小正整数是 2022。
复核
两边裂项尾和都趋于零,首个分母分别是 n+1 与 n。即使阈值含严格大于号,本题两个临界比较都是严格的,不会出现等号争议。
方法总结
严格阈值用相邻可相消分母夹尾和,并核最后失败与最先成功的整数。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须自行把部分和转尾和并找相邻分母两侧估计,分别证2022可行和所有更小值不可行;题给欧拉公式不等于给出夹估。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:估计余项,确定整数部分
专题卡:整数夹逼:保留余项,证明严格端点