2016 AMC 12B 第 21 题

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21.

设 ABCDABCD 是单位正方形。令 Q1Q_1 为 CD‾\overline{CD} 的中点。对 i=1i=1,22,…\ldots,令 PiP_i 为 AQi‾\overline{AQ_i} 与 BD‾\overline{BD} 的交点,并令 Qi+1Q_{i+1} 为从 PiP_i 到 CD‾\overline{CD} 的垂足。下式的值是多少?
∑i=1∞面积 △DQiPi \sum_{i=1}^{\infty}\text{面积 }\triangle DQ_iP_i
Let ABCDABCD be a unit square. Let Q1Q_1 be the midpoint of CD‾.\overline{CD}. For i=1,i=1, 2,2, …,\ldots, let PiP_i be the intersection of AQi‾\overline{AQ_i} and BD‾,\overline{BD}, and let Qi+1Q_{i+1} be the foot of the perpendicular from PiP_i to CD‾.\overline{CD}. What is
∑i=1∞Area of △DQiPi? \sum_{i=1}^{\infty}\text{Area of }\triangle DQ_iP_i?
16\dfrac16
14\dfrac14
13\dfrac13
12\dfrac12
11
答案:B
知识点:相似裂项相消递推
小提示:
相似三角形给出递推 DQi+1=DQi1+DQiDQ_{i+1}=\dfrac{DQ_i}{1+DQ_i},且 DQ1=12DQ_1=\tfrac12,从而 DQi=1i+1DQ_i=\dfrac{1}{i+1}。
Similar triangles give the recursion DQi+1=DQi1+DQi,DQ_{i+1}=\dfrac{DQ_i}{1+DQ_i}, and DQ1=12DQ_1=\tfrac12 leads to DQi=1i+1DQ_i=\dfrac{1}{i+1}
大提示:
三角形 △DQiPi\triangle DQ_iP_i 的面积为 12⋅1i+1\tfrac12\cdot\dfrac{1}{i+1} ⋅1i+2\cdot\dfrac{1}{i+2} =12(1i+1−1i+2)=\tfrac12\left(\dfrac{1}{i+1}-\dfrac{1}{i+2}\right);求和时中间项会相消。
The area of △DQiPi\triangle DQ_iP_i is 12⋅1i+1\tfrac12\cdot\dfrac{1}{i+1} ⋅1i+2\cdot\dfrac{1}{i+2} =12(1i+1−1i+2);=\tfrac12\left(\dfrac{1}{i+1}-\dfrac{1}{i+2}\right); the sum telescopes
解答:
设 D=(0,0)D=(0,0)、C=(1,0)C=(1,0)、B=(1,1)B=(1,1)、A=(0,1)A=(0,1),并令 qi=DQiq_i=DQ_i。直线 AQiAQ_i 与 BD‾\overline{BD}(即直线 y=xy=x)相交于 PiP_i,交点的两个坐标都为 qi1+qi\dfrac{q_i}{1+q_i},所以 qi+1=qi1+qiq_{i+1}=\dfrac{q_i}{1+q_i}。由 q1=12q_1=\tfrac12 可得 qi=1i+1q_i=\dfrac{1}{i+1}。三角形 △DQiPi\triangle DQ_iP_i 的底为 DQi=1i+1DQ_i=\dfrac{1}{i+1},高为 PiP_i 的 yy 坐标,即 qi+1=1i+2q_{i+1}=\dfrac{1}{i+2}。于是 面积 △DQiPi=12⋅1i+1⋅1i+2=12(1i+1−1i+2)。 \begin{gathered} \text{面积 }\triangle DQ_iP_i=\tfrac12\cdot\dfrac{1}{i+1} \\ \quad{}\cdot\dfrac{1}{i+2} \\ {}=\tfrac12\left(\dfrac{1}{i+1}-\dfrac{1}{i+2}\right)\text{。} \end{gathered} 求和后中间项相消,得到 12⋅12=14\tfrac12\cdot\tfrac12=\tfrac14。
所以正确答案是 B。
Place D=(0,0),D=(0,0), C=(1,0),C=(1,0), B=(1,1),B=(1,1), A=(0,1),A=(0,1), and let qi=DQi.q_i=DQ_i. Intersecting line AQiAQ_i with BD‾\overline{BD} (the line y=xy=x) gives PiP_i with both coordinates qi1+qi,\dfrac{q_i}{1+q_i}, so qi+1=qi1+qi.q_{i+1}=\dfrac{q_i}{1+q_i}. From q1=12q_1=\tfrac12 this yields qi=1i+1.q_i=\dfrac{1}{i+1}. The base of △DQiPi\triangle DQ_iP_i is DQi=1i+1DQ_i=\dfrac{1}{i+1} and its height is the yy-coordinate of Pi,P_i, which is qi+1=1i+2.q_{i+1}=\dfrac{1}{i+2}. Then Area of △DQiPi=12⋅1i+1⋅1i+2=12(1i+1−1i+2). \begin{gathered} \text{Area of }\triangle DQ_iP_i=\tfrac12\cdot\dfrac{1}{i+1} \\ \quad{}\cdot\dfrac{1}{i+2} \\ {}=\tfrac12\left(\dfrac{1}{i+1}-\dfrac{1}{i+2}\right). \end{gathered} Summing telescopes to 12⋅12=14.\tfrac12\cdot\tfrac12=\tfrac14.
Thus, the correct answer is B.
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