Cho dãy số $\left( {{a_n}} \right)$ xác định bởi ${a_1} = 1,{a_2} = 2$ và ${a_{n + 2}} = \sqrt 3 .{a_{n + 1}} - {a_n},\forall n \ge 1$. Tìm số nguyên dương $p$ nhỏ nhất sao cho ${a_{n + p}} = {a_n},\forall n \in \mathbb{N}*$.
Trả lời bởi giáo viên
Ta có:
$\begin{array}{l}
{a_1} = 1\\
{a_2} = 2\\
{a_3} = \sqrt 3 {a_2} - {a_1} = 2\sqrt 3 - 1\\
{a_4} = \sqrt 3 {a_3} - {a_2} = \sqrt 3 \left( {2\sqrt 3 - 1} \right) - 2\\
= 6 - \sqrt 3 - 2 = 4 - \sqrt 3 \\
{a_5} = \sqrt 3 {a_4} - {a_3} = \sqrt 3 \left( {4 - \sqrt 3 } \right) - \left( {2\sqrt 3 - 1} \right)\\
= 4\sqrt 3 - 3 - 2\sqrt 3 + 1 = 2\sqrt 3 - 2\\
{a_6} = \sqrt 3 {a_5} - {a_4} = \sqrt 3 \left( {2\sqrt 3 - 2} \right) - \left( {4 - \sqrt 3 } \right)\\
= 2.3 - 2\sqrt 3 - 4 + \sqrt 3 = 2 - \sqrt 3 \\
{a_7} = \sqrt 3 {a_6} - {a_5} = \sqrt 3 \left( {2 - \sqrt 3 } \right) - \left( {2\sqrt 3 - 2} \right)\\
= 2\sqrt 3 - 3 - 2\sqrt 3 + 2 = - 1\\
{a_8} = \sqrt 3 {a_7} - {a_6} = \sqrt 3 .\left( { - 1} \right) - \left( {2 - \sqrt 3 } \right)\\
= - \sqrt 3 - 2 + \sqrt 3 = - 2\\
{a_9} = \sqrt 3 {a_8} - {a_7} = \sqrt 3 \left( { - 2} \right) - \left( { - 1} \right)\\
= - 2\sqrt 3 + 1\\
{a_{10}} = \sqrt 3 {a_9} - {a_8} = \sqrt 3 \left( { - 2\sqrt 3 + 1} \right) - \left( { - 2} \right)\\
= - 2.3 + \sqrt 3 + 2 = - 4 + \sqrt 3 \\
{a_{11}} = \sqrt 3 {a_{10}} - {a_9} = \sqrt 3 \left( { - 4 + \sqrt 3 } \right) - \left( { - 2\sqrt 3 + 1} \right)\\
= - 4\sqrt 3 + 3 + 2\sqrt 3 - 1 = - 2\sqrt 3 + 2\\
{a_{12}} = \sqrt 3 {a_{11}} - {a_{10}} = \sqrt 3 \left( { - 2\sqrt 3 + 2} \right) - \left( { - 4 + \sqrt 3 } \right)\\
= - 2.3 + 2\sqrt 3 + 4 - \sqrt 3 = - 2 + \sqrt 3 \\
{a_{13}} = \sqrt 3 {a_{12}} - {a_{11}} = \sqrt 3 \left( { - 2 + \sqrt 3 } \right) - \left( { - 2\sqrt 3 + 2} \right)\\
= - 2\sqrt 3 + 3 + 2\sqrt 3 - 2 = 1\\
{a_{14}} = \sqrt 3 {a_{13}} - {a_{12}} = \sqrt 3 .1 - \left( { - 2 + \sqrt 3 } \right)\\
= \sqrt 3 + 2 - \sqrt 3 = 2\\
\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}
{a_{13}} = {a_1}\\
{a_{14}} = {a_2}
\end{array} \right.
\end{array}$
Từ đây ta dự đoán được ${a_{n + 12}} = {a_n},\forall n \ge 1.$
Bằng phương pháp quy nạp toán học chúng ta chứng minh được ${a_{n + 12}} = {a_n},\forall n \ge 1.$
Vậy số nguyên dương cần tìm là $p = 12.$
Hướng dẫn giải:
Tính toán các số hạng đầu tiên của dãy số đến khi có một số hạng \({u_n} = {u_1},{u_{n + 1}} = {u_2}\) thì suy ra đáp án.
Giải thích thêm:
Cách 2:
Ta thấy:
$\begin{array}{l}
{a_7} = - {a_1};{a_8} = - {a_2};{a_9} = - {a_3}\\
{a_{10}} = - {a_4};{a_{11}} = - {a_5};{a_{12}} = - {a_6}\\
\Rightarrow {a_{n + 6}} = - {a_n},\forall n \ge 1
\end{array}$
Bằng phương pháp quy nạp toán học, ta chứng minh được rằng ${a_{n + 6}} = - {a_n},\forall n \ge 1.$
Như vậy 6 là số nguyên dương nhỏ nhất để ${a_{n + 6}} = - {a_n},\forall n \ge 1.$
$\begin{array}{l}
\Rightarrow {a_{n + 12}} = {a_{\left( {n + 6} \right) + 6}} = - {a_{n + 6}} = - \left( { - {a_n}} \right) = {a_n}\\
\Rightarrow {a_{n + 12}} = {a_n}
\end{array}$
Suy ra số cần tìm là $p = 12.$