2021 AMC 12B Fall 第 18 题

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18.

u0=14u_0 = \dfrac{1}{4},且对 k0k \ge 0uk+1u_{k+1} 由如下递推式确定:uk+1=2uk2uk2u_{k+1} = 2u_k - 2u_k^2\text{。} 该数列趋于一个极限,记这个极限为 LL。使下式成立的最小 kk 值是多少?ukL121000|u_k - L| \le \dfrac{1}{2^{1000}}\text{?}

Set u0=14,u_0 = \dfrac{1}{4}, and for k0k \ge 0 let uk+1u_{k+1} be determined by the recurrence uk+1=2uk2uk2.u_{k+1} = 2u_k - 2u_k^2. This sequence tends to a limit; call it L.L. What is the least value of kk such that ukL121000?|u_k - L| \le \dfrac{1}{2^{1000}}?

1010

8787

123123

329329

401401

答案:A
知识点:递推换元法
难度评级:2230
小提示:

极限为 L=12L = \tfrac12;作代换 vk=12ukv_k = 1 - 2u_k

The limit is L=12L = \tfrac12; substitute vk=12ukv_k = 1 - 2u_k

大提示:

代换后得到 vk+1=vk2v_{k+1} = v_k^2,所以 vkv_k 会反复平方。

The substitution gives vk+1=vk2,v_{k+1} = v_k^2, so vkv_k squares repeatedly

解答:

极限满足 L=2L2L2L = 2L - 2L^2,得 L=12L = \tfrac12。令 vk=12ukv_k = 1 - 2u_k。于是 vk+1=12uk+1=14uk+4uk2=(12uk)2=vk2 \begin{aligned} v_{k+1} &= 1 - 2u_{k+1} \\ &= 1 - 4u_k + 4u_k^2 \\ &= (1 - 2u_k)^2 = v_k^2 \end{aligned}\text{。}

v0=1214=12v_0 = 1 - 2 \cdot \tfrac14 = \tfrac12,可得 vk=(12)2kv_k = \left(\tfrac12\right)^{2^k},所以 ukL=vk2=22k1|u_k - L| = \dfrac{|v_k|}{2} = 2^{-2^k - 1}

需要 2k+110002^k + 1 \ge 1000,也就是 2k9992^k \ge 999。满足条件的最小 kk1010,因为 210=10242^{10} = 1024

所以正确答案是 A

The limit satisfies L=2L2L2,L = 2L - 2L^2, giving L=12.L = \tfrac12. Let vk=12uk.v_k = 1 - 2u_k. Then vk+1=12uk+1=14uk+4uk2=(12uk)2=vk2. \begin{aligned} v_{k+1} &= 1 - 2u_{k+1} \\ &= 1 - 4u_k + 4u_k^2 \\ &= (1 - 2u_k)^2 = v_k^2. \end{aligned}

Since v0=1214=12,v_0 = 1 - 2 \cdot \tfrac14 = \tfrac12, we get vk=(12)2k,v_k = \left(\tfrac12\right)^{2^k}, so ukL=vk2=22k1.|u_k - L| = \dfrac{|v_k|}{2} = 2^{-2^k - 1}.

We need 2k+11000,2^k + 1 \ge 1000, i.e. 2k999.2^k \ge 999. The least such kk is 10,10, since 210=1024.2^{10} = 1024.

Thus, the correct answer is A.

第 17 题#17
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