2005 AIME II 第 7 题

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7.

设 x=4(5+1)(54+1)(58+1)(516+1)。 \begin{aligned} x &= \scriptsize \frac{4}{(\sqrt{5} + 1)(\sqrt[4]{5} + 1)(\sqrt[8]{5} + 1)(\sqrt[16]{5} + 1)} \end{aligned}\text{。}求 (x+1)48(x + 1)^{48}。
Let x=4(5+1)(54+1)(58+1)(516+1). \begin{aligned} x &= \scriptsize \frac{4}{(\sqrt{5} + 1)(\sqrt[4]{5} + 1)(\sqrt[8]{5} + 1)(\sqrt[16]{5} + 1)}. \end{aligned} Find (x+1)48.(x + 1)^{48}.
答案:125
知识点:裂项相消平方差根式
小提示:
令 y=516y = \sqrt[16]{5},并将分子和分母同乘以 y−1y - 1。
Let y=516y = \sqrt[16]{5} and multiply the numerator and denominator by y−1y - 1
大提示:
反复使用平方差公式会把分母化简为 y16−1=4y^{16} - 1 = 4。
Repeated difference of squares collapses the denominator to y16−1=4y^{16} - 1 = 4
解答:
令 y=516y = \sqrt[16]{5}。分子和分母同乘以 y−1y - 1,反复使用平方差公式后,分母中的各项会逐次相消:x=4(y−1)(y8+1)(y4+1)(y2+1)(y+1)(y−1)=4(y−1)y16−1=4(y−1)4=y−1。 \begin{aligned} x &= \scriptsize \frac{4(y-1)}{(y^8+1)(y^4+1)(y^2+1)(y+1)(y-1)} \\ &= \frac{4(y-1)}{y^{16} - 1} \\ &= \frac{4(y-1)}{4} \\ &= y - 1 \end{aligned}\text{。}
因此 x+1=y=5116x + 1 = y = 5^{\frac{1}{16}},且 (x+1)48=54816=53=125(x+1)^{48} = 5^{\frac{48}{16}} = 5^3 = 125。
Let y=516.y = \sqrt[16]{5}. Multiplying the numerator and denominator by y−1y - 1 telescopes the denominator by repeated difference of squares: x=4(y−1)(y8+1)(y4+1)(y2+1)(y+1)(y−1)=4(y−1)y16−1=4(y−1)4=y−1. \begin{aligned} x &= \scriptsize \frac{4(y-1)}{(y^8+1)(y^4+1)(y^2+1)(y+1)(y-1)} \\ &= \frac{4(y-1)}{y^{16} - 1} \\ &= \frac{4(y-1)}{4} \\ &= y - 1. \end{aligned}
Hence x+1=y=5116,x + 1 = y = 5^{\frac{1}{16}}, and (x+1)48=54816=53=125.(x+1)^{48} = 5^{\frac{48}{16}} = 5^3 = 125.
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