1998 AIME Problema 8

A continuación está la solución preparada profesionalmente para el Problema 8 del 1998 AIME, de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 1998 AIME, o revisar la clave de respuestas.

Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

Conceptos:Fibonaccirecursiónacotación a casos límite

Nivel de dificultad: 2510

8.

Salvo los dos primeros términos, cada término de la sucesión 1000,x,1000x,1000, x, 1000 - x, \ldots se obtiene restando el término anterior del que le precede. El último término de la sucesión es el primer término negativo que aparece. ¿Qué entero positivo xx produce una sucesión de longitud máxima?

Except for the first two terms, each term of the sequence 1000,x,1000x,1000, x, 1000 - x, \ldots is obtained by subtracting the preceding term from the one before that. The last term of the sequence is the first negative term encountered. What positive integer xx produces a sequence of maximum length?

Solución:

Calculando términos, a3=1000xa_3 = 1000 - x, a4=2x1000a_4 = 2x - 1000, a5=20003xa_5 = 2000 - 3x, a6=5x3000a_6 = 5x - 3000, y en general a2k+1=1000F2k1xF2k,a2k+2=xF2k+11000F2k, \begin{aligned} a_{2k+1} &= 1000 F_{2k-1} - x F_{2k}, \\ a_{2k+2} &= x F_{2k+1} - 1000 F_{2k}, \end{aligned} donde F1=F2=1F_1 = F_2 = 1, F3=2,F_3 = 2, \ldots son los números de Fibonacci. La sucesión continúa exactamente mientras sus términos permanezcan no negativos, así que una sucesión larga requiere que x1000\frac{x}{1000} quede encajado entre las razones F2kF2k+1\frac{F_{2k}}{F_{2k+1}} y F2k1F2k\frac{F_{2k-1}}{F_{2k}} para kk cada vez mayores.

Para que los primeros 1313 términos sean no negativos necesitamos a12=89x550000a_{12} = 89x - 55000 \ge 0 y a13=89000144x0a_{13} = 89000 - 144x \ge 0, es decir 617.9x618.05617.9\ldots \le x \le 618.05\ldots, así que x=618x = 618. Si x617x \le 617, la sucesión se vuelve negativa en a12a_{12}, y si x619x \ge 619 se vuelve negativa en a13a_{13}, así que cualquier otro entero da una sucesión más corta.

En efecto, x=618x = 618 produce 1000,618,382,236,1461000, 618, 382, 236, 146, 90,56,34,22,1290, 56, 34, 22, 12, 10,2,8,610, 2, 8, -6, una sucesión de 1414 términos, la máxima posible. La respuesta es 618618.

Computing terms, a3=1000x,a_3 = 1000 - x, a4=2x1000,a_4 = 2x - 1000, a5=20003x,a_5 = 2000 - 3x, a6=5x3000,a_6 = 5x - 3000, and in general a2k+1=1000F2k1xF2k,a2k+2=xF2k+11000F2k, \begin{aligned} a_{2k+1} &= 1000 F_{2k-1} - x F_{2k}, \\ a_{2k+2} &= x F_{2k+1} - 1000 F_{2k}, \end{aligned} where F1=F2=1,F_1 = F_2 = 1, F3=2,F_3 = 2, \ldots are the Fibonacci numbers. The sequence keeps going exactly as long as its terms stay nonnegative, so a long sequence requires x1000\frac{x}{1000} to be squeezed between the ratios F2kF2k+1\frac{F_{2k}}{F_{2k+1}} and F2k1F2k\frac{F_{2k-1}}{F_{2k}} for larger and larger k.k.

For the first 1313 terms to be nonnegative we need a12=89x550000a_{12} = 89x - 55000 \ge 0 and a13=89000144x0,a_{13} = 89000 - 144x \ge 0, i.e. 617.9x618.05,617.9\ldots \le x \le 618.05\ldots, so x=618.x = 618. If x617x \le 617 the sequence turns negative by a12,a_{12}, and if x619x \ge 619 it turns negative by a13,a_{13}, so every other integer gives a shorter sequence.

Indeed x=618x = 618 yields 1000,618,382,236,146,1000, 618, 382, 236, 146, 90,56,34,22,12,90, 56, 34, 22, 12, 10,2,8,6,10, 2, 8, -6, a sequence of 1414 terms, the maximum possible. The answer is 618.618.

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