2020 AIME I 第 8 题
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8.
一只虫子白天一直走路,夜里睡觉。第一天,它从点 出发,面向东方,向正东走了 个单位。每天夜里,虫子逆时针转 。每天白天,它沿新的方向走前一天一半的距离。虫子会任意接近点 。则 ,其中 与 是互质正整数。求 。
A bug walks all day and sleeps all night. On the first day, it starts at point faces east, and walks a distance of units due east. Each night the bug rotates counterclockwise. Each day it walks in this new direction half as far as it walked the previous day. The bug gets arbitrarily close to point Then where and are relatively prime positive integers. Find
小提示:
使用复数:总位移为 ,其中 。
Use complex numbers: the total displacement is with
大提示:
级数和为 ;由 计算 。
The series sums to compute from
解答:
在复平面中工作,令 为原点,正实轴表示东方。每天的位移都是前一天的位移乘以 ,所以
由于 ,有 ,其模长平方为 。因此 且 。
Work in the complex plane with at the origin and east along the positive real axis. Each day’s displacement is the previous one multiplied by so
Since we get whose squared magnitude is Therefore and
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