Algebra · real student question

По рецепту в 1-й день расходуют 105 миллилитров соуса, во 2-й день — 85 миллилитров. Начиная с 3-го дня расход равен среднему арифметическому расходов за два предыдущих дня. Чему равна целая часть расхода в 19-й день?

Question

По рецепту в 11-й день расходуют 105105 мл соуса, во 22-й день — 8585 мл. Начиная с 33-го дня расход за сутки равен среднему арифметическому расходов за два предыдущих дня:

a1=105,a2=85,an=an1+an22  (n3)a_1=105,\qquad a_2=85,\qquad a_n=\frac{a_{n-1}+a_{n-2}}{2}\ \ (n\ge3)

Чему равна целая часть числа a19a_{19}?

Step-by-step solution

  1. Работаем с разностями, а не с самими членами. Вычитая an1a_{n-1} из рекуррентного соотношения, получаем

    anan1=an1+an22an1=an1an22a_n-a_{n-1}=\frac{a_{n-1}+a_{n-2}}{2}-a_{n-1}=-\frac{a_{n-1}-a_{n-2}}{2}

    Значит, каждая разность равна ровно 12-\tfrac12 предыдущей. Именно превращение двучленного соотношения в одночленное геометрическое и позволяет добраться до 1919-го члена, не выписывая всё подряд.

  2. Выписываем разности в явном виде. Первая разность равна a2a1=20a_2-a_1=-20, поэтому

    anan1=20(12)n2a_{n}-a_{n-1}=-20\left(-\frac12\right)^{n-2}

    Чередование знака и объясняет, почему члены «прыгают» (105, 85, 95, 90, 92.5,105,\ 85,\ 95,\ 90,\ 92.5,\dots), а не движутся в одну сторону.

  3. Суммируем геометрическую прогрессию и находим предел. Складывая все разности, начиная с a1a_1:

    L=105+k=0(20)(12)k=105201+12=105403=2753L=105+\sum_{k=0}^{\infty}(-20)\left(-\frac12\right)^{k}=105-\frac{20}{1+\frac12}=105-\frac{40}{3}=\frac{275}{3}

    Это то же самое, что L=a1+2a23L=\dfrac{a_1+2a_2}{3}: взвешенное среднее, в котором более новый член учитывается дважды, потому что величина an1+2ana_{n-1}+2a_n не меняется при переходе по рекуррентному соотношению. И это не 2a2a12a_2-a_1.

  4. Строим формулу общего члена. Так как отклонение от LL на каждом шаге умножается на 12-\tfrac12,

    an=L+(a1L)(12)n1=2753+403(12)n1a_n=L+(a_1-L)\left(-\frac12\right)^{n-1}=\frac{275}{3}+\frac{40}{3}\left(-\frac12\right)^{n-1}

    Проверим при n=2n=2: 2753203=85\tfrac{275}{3}-\tfrac{20}{3}=85. Верно.

  5. Вычисляем при n=19n=19. Показатель 1818 чётный, поэтому поправка положительна:

    a19=2753+4031218=30037353276891.66672a_{19}=\frac{275}{3}+\frac{40}{3}\cdot\frac{1}{2^{18}}=\frac{3003735}{32768}\approx 91.66672

  6. Берём целую часть. Так как 91<a19<9291<a_{19}<92, целая часть равна 9191. Прямой пересчёт по рекуррентному соотношению в точных дробях снова даёт a19=300373532768a_{19}=\tfrac{3003735}{32768}, что подтверждает формулу общего члена.

Answer

a19=30037353276891.6667,целая часть=91a_{19}=\frac{3003735}{32768}\approx 91.6667,\quad \text{целая часть}=91

Need to solve a different problem like this? Open the solver →