2005 AMC 12A 第 20 题

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20.

设 xx 取遍 [0,1][0, 1],并定义 f(x)={2x,0≤x≤12,2−2x,12<x≤1。 f(x) = \begin{cases} 2x, & 0 \le x \le \tfrac{1}{2},\\ 2 - 2x, & \tfrac{1}{2} \lt x \le 1\text{。} \end{cases} 令 f[2](x)=f(f(x))f^{[2]}(x) = f(f(x)),再令 f[n+1](x)=f[n](f(x))f^{[n+1]}(x) = f^{[n]}(f(x)),其中 n≥2n \ge 2 为整数。有多少个 xx 在 [0,1][0, 1] 中满足 f[2005](x)=12f^{[2005]}(x) = \tfrac{1}{2}?
For each xx in [0,1],[0, 1], define f(x)={2x,0≤x≤12,2−2x,12<x≤1. f(x) = \begin{cases} 2x, & 0 \le x \le \tfrac{1}{2},\\ 2 - 2x, & \tfrac{1}{2} \lt x \le 1. \end{cases} Let f[2](x)=f(f(x)),f^{[2]}(x) = f(f(x)), and f[n+1](x)=f[n](f(x))f^{[n+1]}(x) = f^{[n]}(f(x)) for each integer n≥2.n \ge 2. For how many values of xx in [0,1][0, 1] is f[2005](x)=12?f^{[2005]}(x) = \tfrac{1}{2}?
00
20052005
40104010
200522005^2
220052^{2005}
答案:E
知识点:函数递推
小提示:
设 g(n)g(n) 为 f[n](x)=12f^{[n]}(x) = \tfrac{1}{2} 的解的个数;找 g(n)g(n) 的递推式。
Let g(n)g(n) be the number of solutions of f[n](x)=12;f^{[n]}(x) = \tfrac{1}{2}; find a recursion for g(n)g(n)
大提示:
因为 ff 把 [0,12][0, \tfrac12] 和 [12,1][\tfrac12, 1] 各自映到整个 [0,1][0, 1],每个解分裂成两个,所以 g(n)=2 g(n−1)g(n) = 2\,g(n-1)。
Because ff maps each of [0,12][0, \tfrac12] and [12,1][\tfrac12, 1] onto all of [0,1],[0, 1], each solution splits into two, giving g(n)=2 g(n−1)g(n) = 2\,g(n-1)
解答:
设 g(n)g(n) 表示方程 f[n](x)=12f^{[n]}(x) = \tfrac{1}{2} 在 [0,1][0, 1] 中的解数。由于 ff 把两个半区间 [0,12][0, \tfrac12] 与 [12,1][\tfrac12, 1] 都映到整个 [0,1][0, 1],所以 f[n−1](y)=12f^{[n-1]}(y) = \tfrac12 的每个解都来自两个 xx 值。
边界值 x=12x = \tfrac12 满足 f[n](12)=f[n−1](1)=0≠12f^{[n]}(\tfrac12) = f^{[n-1]}(1) = 0 \ne \tfrac12,不会造成解的重合或丢失,因此 g(n)=2 g(n−1)g(n) = 2\,g(n-1)。
由于 g(1)=2g(1) = 2,可得 g(2005)=22005g(2005) = 2^{2005}。
所以正确答案是 E。
Let g(n)g(n) count the solutions of f[n](x)=12f^{[n]}(x) = \tfrac{1}{2} in [0,1].[0, 1]. Since ff maps each of the two halves [0,12][0, \tfrac12] and [12,1][\tfrac12, 1] onto all of [0,1],[0, 1], every solution of f[n−1](y)=12f^{[n-1]}(y) = \tfrac12 comes from two values of xx (one in each half).
The boundary value x=12x = \tfrac12 satisfies f[n](12)=f[n−1](1)=0≠12,f^{[n]}(\tfrac12) = f^{[n-1]}(1) = 0 \ne \tfrac12, so no solutions are lost, giving g(n)=2 g(n−1).g(n) = 2\,g(n-1).
Since g(1)=2,g(1) = 2, we conclude g(2005)=22005.g(2005) = 2^{2005}.
Thus, the correct answer is E.
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