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第2题

设 mm 为固定的正整数。无穷数列 {an}n≥1\{a_n\}_{n\ge1} 定义如下:a1a_1 为正整数,且对每个整数 n≥1n\ge1,当 an<2ma_n<2^m 时 an+1=an2+2ma_{n+1}=a_n^2+2^m,当 an≥2ma_n\ge2^m 时 an+1=an/2a_{n+1}=a_n/2。对每个 mm,求 a1a_1 的所有可能取值,使得数列的每一项都是整数。
第 7/7 步:确认每个ℓ≥1都给出无限整数循环
a1=2ℓ (ℓ≥1) ⟶ 2→8→4→2→8→4→⋯a_1=2^\ell\ (\ell\ge1)\ \longrightarrow\ 2\to8\to4\to2\to8\to4\to\cdots
详细分析

当 ℓ≥2\ell\ge2 时,a1=2ℓ≥4a_1=2^\ell\ge4,故大值规则反复将指数减 11(每一项都是二的整数次幂),直至到达 a=21=2a=2^1=2。从 a=2a=2 出发(当 ℓ=1\ell=1 时也直接如此):因 2<42<4,an+1=4+4=8a_{n+1}=4+4=8;因 8≥48\ge4,减半得 44;因 4≥44\ge4,减半得 22,回到循环 2→8→4→2→⋯2\to8\to4\to2\to\cdots 的起点。此循环中的每一项,以及从 2ℓ2^\ell 开始的初始下降中的每一项,都是正整数。因此 ℓ≥1\ell\ge1 时 a1=2ℓa_1=2^\ell 产生全为整数的数列。