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2016 年中科大少年班初试 · 第 7 题
F3填空题递推数列
梯形ABCD中,AB∥CD,对角线AC,BD交于P1。过P1作AB的平行线交BC于Q1,AQ1交BD于P2,过P2作AB的平行线交BC于Q2,…。若AB=a、CD=b,则PnQn=(用a,b,n表示)。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:a+nbab
解析
思路
用高度比例参数描述两条腰上的点;交点迭代的倒数会有固定增量。
解答
取坐标 A=(0,0),B=(a,0),D=(d,h),C=(d+b,h),其中 a,b,h>0。设 Pn 的纵坐标为 htn。因 Pn∈BD,Qn∈BC,二者同高,故
Pn=(a+(d−a)tn,htn),Qn=(a+(d+b−a)tn,htn),
从而 PnQn=btn。由 P1∈AC 得 t1=a/(a+b)。又 Pn+1∈AQn,将其横坐标按纵坐标比例写出并与 BD 比较,得到
a+(d−a)tn+1=(tna+d+b−a)tn+1,
即 1/tn+1=1/tn+b/a。所以 1/tn=1+nb/a,最终
PnQn=a+nbab.
复核
0<tn=a/(a+nb)<1,故每个点都在相应线段内部,各交点确有定义;取 n=1 给出 ab/(a+b)。水平距离只含 a,b,与上底的横向偏移 d 无关。
方法总结
平行线几何迭代可用高度比例降为一维;分式迭代取倒数后往往可直接累加。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须独立提炼相似给出的倒数线性递推,并核任意步内部交点;原仿射数字长度由特定映射补足。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:建直角坐标系解几何题、递推换元化成线性
专题卡:分式递推求通项:取倒数,把它变成等差或等比数列