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2011 年中科大少年班初试 · 第 13 题
F3解答题递推数列
已知函数f(x)=2x/(ax+b),f(1)=1,f(1/2)=2/3。令x1=1/2,xn+1=f(xn)。
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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
先由两次函数值确定分式函数;倒数递推给通项,乘积再用指数函数的基本不等式控制。
解答
由 f(1)=1 得 a+b=2,由 f(1/2)=2/3 得 a/2+b=3/2,解得 a=b=1。故 xn+1=2xn/(xn+1)。初值与递推保证各项正,令 yn=1/xn,得到 yn+1=(1+yn)/2,y1=2。所以 yn=1+21−n,即
xn=1+21−n1.
于是
x1⋯xn+1=2∏j=1n(1+2−j)1.
利用 1+t<et(t>0),有 ∏j=1n(1+2−j)<exp(∑j=1n2−j)<e。因此
x1x2⋯xn+1>2e1.
复核
x1=1/2,x2=2/3 与题设相符。乘积包含 n+1 项,其中首项单独给出因子 1/2,其余才对应 j=1,…,n;有限和为 1−2−n<1,所以最后严格大于。
方法总结
分式递推取倒数后可平移线性化;正因子的有限乘积可用指数函数把乘法转成可求和的增量。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须独立发现倒数减1变等比,并以对数放缩控制随n变动的乘积。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:递推换元化成线性
专题卡:线性递推求通项:一阶减不动点,二阶用特征根、分式递推求通项:取倒数,把它变成等差或等比数列