2024 AMC 12A 第 21 题

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21.

a1=2a_1=2,且序列 (an)(a_n) 对所有 n2n\ge2 满足递推关系 an1n1=an1+1(n1)+1 \frac{a_n-1}{n-1}=\frac{a_{n-1}+1}{(n-1)+1}\text{。} 求不超过下式的最大整数: n=1100an2 \sum_{n=1}^{100}a_n^2\text{?}

Suppose that a1=2a_1=2 and the sequence (an)(a_n) satisfies the recurrence relation an1n1=an1+1(n1)+1 \frac{a_n-1}{n-1}=\frac{a_{n-1}+1}{(n-1)+1} for all n2.n\ge2. What is the greatest integer less than or equal to n=1100an2? \sum_{n=1}^{100}a_n^2?

338,550338{,}550

338,551338{,}551

338,552338{,}552

338,553338{,}553

338,554338{,}554

答案:B
知识点:递推前n项平方和极限情形界定
难度评级:2130
小提示:

计算前几项并猜测通项 an=n+1na_n=n+\dfrac1n

Compute a few terms and conjecture the closed form an=n+1na_n=n+\dfrac1n

大提示:

于是 an2=n2+2+1n2a_n^2=n^2+2+\dfrac1{n^2},且 n=11001n2\displaystyle\sum_{n=1}^{100}\dfrac1{n^2} 严格介于 1122 之间

Then an2=n2+2+1n2,a_n^2=n^2+2+\dfrac1{n^2}, and n=11001n2\displaystyle\sum_{n=1}^{100}\dfrac1{n^2} lies strictly between 11 and 22

解答:

递推式可化为 an=1+n1n(an1+1)a_n=1+\tfrac{n-1}{n}(a_{n-1}+1)。计算前几项 2,52,103,174,2,\tfrac52,\tfrac{10}3,\tfrac{17}4,\ldots,可以猜出 an=n+1na_n=n+\tfrac1n。这可以用归纳法证明:把 an1=n1+1n1a_{n-1}=n-1+\tfrac1{n-1} 代入递推式得 an=1+n1n(n+1n1)a_n=1+\tfrac{n-1}{n}(n+\tfrac1{n-1}) =n+1n=n+\tfrac1n。于是 an2=n2+2+1n2a_n^2=n^2+2+\tfrac1{n^2},所以 n=1100an2=n=1100n2+200+n=11001n2=338350+200+S \begin{aligned} &\sum_{n=1}^{100}a_n^2 \\ &=\sum_{n=1}^{100}n^2+200 \\ &\quad {}+\sum_{n=1}^{100}\frac1{n^2} \\ &=338350+200+S \end{aligned}\text{,} 其中 S>1S\gt1S<1+1x2dx=2S\lt1+\int_1^\infty x^{-2}\,dx=2。因此该和介于 338551338551338552338552 之间,其向下取整为 338551338551。因此正确答案是 B

The recurrence rearranges to an=1+n1n(an1+1).a_n=1+\tfrac{n-1}{n}(a_{n-1}+1). Computing early terms 2,52,103,174,2,\tfrac52,\tfrac{10}3,\tfrac{17}4,\ldots suggests an=n+1n.a_n=n+\tfrac1n. This follows by induction: substituting an1=n1+1n1a_{n-1}=n-1+\tfrac1{n-1} into the recurrence gives an=1+n1n(n+1n1)a_n=1+\tfrac{n-1}{n}(n+\tfrac1{n-1}) =n+1n.=n+\tfrac1n. Then an2=n2+2+1n2,a_n^2=n^2+2+\tfrac1{n^2}, so n=1100an2=n=1100n2+200+n=11001n2=338350+200+S, \begin{aligned} &\sum_{n=1}^{100}a_n^2 \\ &=\sum_{n=1}^{100}n^2+200 \\ &\quad {}+\sum_{n=1}^{100}\frac1{n^2} \\ &=338350+200+S, \end{aligned} where S>1S\gt1 and S<1+1x2dx=2.S\lt1+\int_1^\infty x^{-2}\,dx=2. Hence the sum is between 338551338551 and 338552,338552, and its floor is 338551.338551. Thus, the correct answer is B.

第 20 题#20
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