Math Labs

Bài 1

Với mỗi số nguyên a0>1a_0>1, xác định dãy a0,a1,a2,…a_0,a_1,a_2,\ldots với n≥0n\ge 0 bởi an+1={anif an is an integer,an+3otherwise.a_{n+1}=\begin{cases}\sqrt{a_n} & \text{if }\sqrt{a_n}\text{ is an integer},\\ a_n+3 & \text{otherwise}.\end{cases} Xác định tất cả các giá trị của a0a_0 để tồn tại một số AA sao cho an=Aa_n=A với vô hạn giá trị nn.
Bước 1 trên 5: Tính tất định đưa bài toán về tính bị chặn
Hiểu nôm na

Số hạng tiếp theo chỉ phụ thuộc số hạng hiện tại, nên một giá trị lặp lại sẽ lặp lại mãi mãi.

an+1=Φ(an)a_{n+1}=\Phi(a_n)
Phân tích chi tiết

Vì an+1a_{n+1} hoàn toàn được xác định chỉ bởi ana_n qua một hàm cố định Φ\Phi (là an\sqrt{a_n} hoặc an+3a_n+3), nên nếu có hai số hạng trùng nhau, ai=aja_i=a_j với i<ji<j, thì ai+k=aj+ka_{i+k}=a_{j+k} với mọi k≥0k\ge 0: dãy trở nên tuần hoàn đúng với chu kỳ j−ij-i kể từ chỉ số ii, nên aia_i lặp lại vô hạn lần. Ngược lại, nếu một số nào đó lặp lại vô hạn lần, hai chỉ số mà nó xuất hiện cho ai=aja_i=a_j với i<ji<j, theo lập luận trên buộc dãy tuần hoàn, nên dãy chỉ nhận hữu hạn giá trị, tức bị chặn. Vậy tồn tại AA lặp lại vô hạn lần khi và chỉ khi dãy (an)(a_n) bị chặn.