外观
FFMP 20250101
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2024-12-28
新年快乐!
2025 是一个神奇的年份,比如它是 452,也是 i=1∑9i3.
我们设定义域为 N 的函数 Fn(a)=i=1∑ain (n∈N),则 2025 可以表示为 F3(9).
求证:∀a∈N,F3(a) 是完全平方数;
若 F2(a)F3(a)∈Z,求 a 的值;
求证:若 n>1,Fn(a) 的 n 次项系数为 21 ;
求 Fn(a) 关于 F0(a),F1(a),⋯,Fn−1(a) 的表达式.
提示
求 F2(a) 的解析式:
(a+1)3−a3(a+1)3−13整理可得 F2(a)=3a2+3a+1=i=1∑a(a+1)3−a3=i=1∑a3a2+3a+1=i=1∑a3a2+i=1∑a3a+i=1∑a1=3F2(a)+23a(a+1)+a=6a(a+1)(2a+1)
答案
写出 F3(a) 的前几项,猜想 F3(a)=[2a(a+1)]2.
证明:使用数学归纳法,
① F3(1)=[21×(1+1)]2=1;
② 若 F3(a)=[2a(a+1)]2, F3(a+1)=4a2(a+1)2+(a+1)3=4(a+2)2(a+1)2.
显然 2a(a+1) 为整数,证毕。
设 则 整理得 解得 设 则有 由 得 所以 F2(a)F3(a)=a(a+1)(2a+1)/6a2(a+1)2/4=2(2a+1)3a(a+1)=k3a(a+1)=2k(2a+1)3a2+(3−4k)a−2k=0a=64k−3±16k2+916k2+9=t∈N(t+4k)(t−4k)=99=9×1=3×3(t,k≥0)k=0 或 1a=1(0,−1,32 舍去)
显然计算过程中可以省略低次项。于是
(a+1)n+1(a+1)n+1−an+1(a+1)n+1−1n+1整理可得 Fn(a)=an+1+(n+1)an+2n(n+1)an−1+O(an−2)=(n+1)an+2n(n+1)an−1+O(an−2)=i=1∑a(a+1)n+1−an+1=i=1∑a(n+1)in+2n(n+1)an−1+O(in−2)=(n+1)Fn(a)+2n(n+1)Fn−1(a)+O(an−2)=n+1(a+1)n+1−2nFn−1(a)+O(an−1)=n+1an+1+an−2nFn−1(a)+O(an−1)不难发现 Fn(a) 的 n 次项为 n+11,故 n−1 次项为 1−2n×n1=21,证毕.
(a+1)n+1(a+1)n+1−an+1(a+1)n+1−1n+1=i=0∑n+1Cn+1iai=i=0∑nCn+1iai=w=1∑ai=0∑nCn+1iwi(a+1)n+1−1=w=1∑ai=0∑nCn+1iwi=w=1∑a(Cn+1nwn+i=0∑n−1Cn+1iwi)=(w=1∑aCn+1nwn)+(w=1∑ai=0∑n−1Cn+1iwi)=(n+1)(w=1∑awn)+(i=0∑n−1w=1∑aCn+1iwi)=(n+1)(w=1∑awn)+(i=0∑n−1Cn+1iw=1∑awi)=(n+1)Fn(a)+i=0∑n−1Cn+1iFi(a)Fn(a)=n+11[(a+1)n+1−1−i=0∑n−1Cn+1iFi(a)]