4 votos

Encuentre$f_{10}$ de la secuencia definida por$f_{n+1}=\frac{8f_n}{5}+\frac{6 \sqrt{4^n-f_n^2}}{5}$

Encuentre$f_{10}$ de la secuencia definida por$$f_{n+1}=\frac{8f_n}{5}+\frac{6 \sqrt{4^n-f_n^2}}{5}$$ given $ f_0 = 0 $

Mi acercamiento:

Al dejar$f_n=2^n b_n$ obtenemos

PS

Ahora dejando que$$b_{n+1}=\frac{4b_n}{5}+\frac{3 \sqrt{1-b_n^2}}{5}$ obtengamos

$b_n=\cos(x_n)$$$\cos(x_{n+1})=\cos(x_n-\theta)$ \ cos (\ theta) = \ frac {4} {5} $

Ahora, desde$ where $ tenemos$f_0=0$ y$b_0=0$

Ahora tenemos

PS

Poniendo$x_0=\frac{\pi}{2}$ y agregando todo lo que obtenemos

PS

Por lo tanto

PS

¿Cómo seguir adelante?

2voto

schooner Puntos 1602

Nota$$ \sin(2\theta)=2\sin\theta\cos\theta,\cos(2\theta)=2\cos^2\theta-1.$ $ Deje$\theta=2\arcsin(\frac35)$. Es fácil obtener$$ \sin\theta=\frac{24}{25},\cos\theta=\frac{7}{25} $ $ y, por lo tanto,$$\sin(2\theta)=2\cdot\frac{24}{25}\cdot\frac{7}{25}=\frac{336}{625},\cos(2\theta)=2(\frac7{25})^2-1=\frac{527}{625} $ $ y$$\sin(4\theta)=2\sin(2\theta)\cos(2\theta)=\frac{354144}{390625},\cos(4\theta)=2\cos^2(2\theta)-1=\frac{164833}{390625}. $ $ Así \begin{eqnarray} &&\sin(10\arcsin(\frac35))\\ &=&\sin(5\theta)\\ &=&\sin(4\theta)\cos(\theta)+\cos(4\theta)\sin(\theta)\\ &=&\frac{354144}{390625}\cdot\frac7{25}+\frac{164833}{390625}\cdot\frac{24}{25}\\ &=&\frac{10296}{15625}. \end {eqnarray}

2voto

Felix Marin Puntos 32763

$\newcommand{\bbx}[1]{\,\bbox[15px,border:1px groove armada]{\displaystyle{#1}}\,} \newcommand{\llaves}[1]{\left\lbrace\,{#1}\,\right\rbrace} \newcommand{\bracks}[1]{\left\lbrack\,{#1}\,\right\rbrack} \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \newcommand{\ds}[1]{\displaystyle{#1}} \newcommand{\expo}[1]{\,\mathrm{e}^{#1}\,} \newcommand{\ic}{\mathrm{i}} \newcommand{\mc}[1]{\mathcal{#1}} \newcommand{\mrm}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\pars}[1]{\left(\,{#1}\,\right)} \newcommand{\partiald}[3][]{\frac{\partial^{#1} #2}{\parcial #3^{#1}}} \newcommand{\raíz}[2][]{\,\sqrt[#1]{\,{#2}\,}\,} \newcommand{\totald}[3][]{\frac{\mathrm{d}^{#1} #2}{\mathrm{d} #3^{#1}}} \newcommand{\verts}[1]{\left\vert\,{#1}\,\right\vert}$

$\ds{f_{n} = {8f_{n - 1} \over 5} + {6\raíz{4^{n - 1} - f_{n - 1}^{2}} \over 5}:\ {\large ?}\,,\qquad f_{0} = 0}$.

Permite a $\ds{f_{n} = 2^{n}\cos\pars{x_{n}}}$: \begin{align} 2^{n}\cos\pars{x_{n}} & = {8 \over 5}\,2^{n - 1}\cos\pars{x_{n - 1}} + {6\root{2^{2n - 2} - 2^{2n - 2}\cos^{2}\pars{x_{n - 1}}} \over 5} \\[5mm] & = {8 \over 5}\,2^{n - 1}\bracks{\cos\pars{x_{n - 1}} + {3 \over 4}\verts{\sin\pars{x_{n - 1}}}}\quad \pars{\begin{array}{l} \mbox{Note that the correct term is} \\ \ds{\color{red}{\verts{\sin\pars{x_{n - 1}}}}}\,\,\, \mbox{instead of} \\ \ds{\sin\pars{x_{n - 1}}}\ \mbox{since} \\ \ds{\left.\root{a^{2}}\right\vert_{\ a\ \in\ \mathbb{R}} = \verts{a}}. \end{array}} \\[5mm] & = {8 \sobre 5}\,2^{n - 1}\bracks{\cos\pars{x_{n - 1}} + \tan\pars{\theta}\verts{\sin\pars{x_{n - 1}}}} \end{align}

donde$\ds{\theta = \arctan\pars{3 \over 4}}$$\ds{x_{0} = \pi/2}$.

\begin{align} \cos\pars{x_{n}} & = {4 \over 5}\,\sec\pars{\theta}\cos\pars{x_{n - 1} - \mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{n - 1}}}\theta} \\[5mm] & = {4 \over 5}\,\root{\pars{3/4}^{2} + 1} \cos\pars{x_{n - 1} - \mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{n - 1}}}\theta} \\[5mm] \implies & \bbx{\cos\pars{x_{n}} = \cos\pars{x_{n - 1} - \mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{n - 1}}}\theta}} \end{align}


Por otra parte, \begin{align} x_{n} & = x_{n - 1} - \mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{n - 1}}}\theta \\[5mm] \sum_{k = 1}^{n}x_{k} & = \sum_{k = 1}^{n}x_{k - 1} - \theta\sum_{k = 1}^{n}\mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{k - 1}}} \\[5mm] -\,{\pi \over 2} + \sum_{k = 0}^{n}x_{k} & = \sum_{k = 0}^{n - 1}x_{k} - \theta\sum_{k = 1}^{n}\mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{k - 1}}} = \sum_{k = 0}^{n - 1}x_{k} - \theta\sum_{k = 0}^{n - 1}\mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{k}}} \\[5mm] \implies & \bbx{x_{n} = {\pi \over 2} - \bracks{\sum_{k = 0}^{n - 1}\mrm{sign}\pars{\sin\pars{x_{k}}}}\theta\,, \qquad x_{0} = {\pi \over 2}\,,\quad\theta = \arctan\pars{3 \over 4}} \end{align}
$$ \mbox{Entonces}\quad x_{0} = {\pi \over 2}\,,\ x_{1} = {\pi \over 2} - \theta\quad \mbox{y}\quad \left\{\begin{array}{rcl} \ds{x_{2}} & \ds{=} & \ds{{\pi \over 2} - 2\theta} \\[1mm] \ds{x_{3}} & \ds{=} & \ds{{\pi \over 2} - 3\theta} \\[1mm] \ds{x_{4}} & \ds{=} & \ds{{\pi \over 2} - 2\theta} \\[1mm] \ds{x_{5}} & \ds{=} & \ds{{\pi \over 2} - 3\theta} \\[1mm] \ds{\vdots} & \ds{\vdots} & \ds{\phantom{AA}\vdots} \\[1mm] \ds{x_{10}} & \ds{=} & \ds{{\pi \over 2} - 2\theta} \end{array}\right. $$
$$ f_{10} = 2^{10}\ \underbrace{\cos\pars{{\pi \over 2} - 2\arctan\pars{3 \más de 4}}} _{\ds{=\ {24 \más de 25}}} = \bbx{24576 \más de 25} = 983.04 $$

1voto

user30382 Puntos 48

Simplemente escribirlo a mano rápidamente produce$$f_1=\frac{6}{5},\qquad f_2=\frac{96}{25},\qquad f_3=\frac{936}{125},\qquad f_4=\frac{384}{25},$ $ y el resto solo debería tomar unos minutos. Aquí hay algunos más, no es tan difícil:$$f_5=\frac{3744}{125},\qquad f_6=\frac{1536}{25},\qquad f_7=\frac{14976}{125},\qquad f_8=\frac{6144}{25}.$ $ Debo decir que$f_8$ y$f_{10}$ tardaron un poco más, pero en general esto no es más de diez minutos de trabajo:% # PS

1voto

Michael Steele Puntos 345

Deje $g_n = \sqrt{4^n - f_n^2}$

Usted ha notado que la secuencia parece bien que se portaba en primer lugar, y, en particular, $f_{n+1}$ $g_{n+1}$ debe verse como combinaciones lineales de $f_n$ $g_n$ a excepción de la cuestión del signo de la raíz cuadrada.

$f_{n+1} = \frac 15 (8 f_n + 6 g_n)$ es fácil de obtener, y

$g_{n+1}^2 = 4^{n+1}-f_{n+1}^2 = 4(g_n^2+f_n^2)-\frac 1{25}(64f_n^2+96f_ng_n+36g_n^2) = \frac 1{25}(36f_n^2-96f_ng_n+64g_n^2) = (\frac 15(6f_n-8g_n))^2$

Y desde $g_n$ es positivo, tenemos $g_{n+1} = \frac 15|6f_n - 8g_n|$ (este valor absoluto es un gigante de la trampa y es también la razón de su general fórmula trigonométrica es incorrecto)

Ahora sólo me hizo así para que fuera más fácil para el cálculo de la secuencia (no es necesario tomar ninguna raíz cuadrada !)

Empezar con $(f_0,g_0) = (0,1)$ y de aplicar esas relaciones de recurrencia de 10 veces y conseguirá
$f_{10} = 983.04 = \frac{24576}{25}$


A pesar de que el signo de la raíz cuadrada al parecer atornillar las cosas, todavía es posible decir algunas más :

Deje $z_n = f_n + ig_n$. La relación de recurrencia decir que $z_{n+1} = \frac 15(8-6i)z_n$ o su conjugado (lo que ha positiva de la parte imaginaria)

Por lo tanto, dejar $\theta_n$ ser un argumento de $z_n$, podemos recoger $\theta_0 = \pi/2$, $\theta_{n+1} = \theta_n - \arcsin(3/5)$ si es positivo, y $\theta_{n+1} = - \theta_n + \arcsin(3/5)$ lo contrario.

Si el segundo caso ocurre, $\theta_{n+1} - \arcsin(3/5) = - \theta_n < 0$, y por lo $\theta_{n+2} = -\theta_{n+1}+\arcsin(3/5) = \theta_n$ : entramos a un infinito $2$-ciclo.

Lo que significa que $z_{n+2} = 4z_n$ forall $n$ a partir de ese punto.

Resulta que $\theta_2 = \pi/2 - 2\arcsin(3/5) < \arcsin(3/5)$ $z_{10} = 4^4 z_2$

Por lo tanto $f_{10} = 256 f_2$ (que es la razón por la que el denominador de $f_{10}$ no $5^{10}$ pero $5^2$).

0voto

Cesar Eo Puntos 61

Cuadrado de ambos lados

$$ 25f_ {n +1} ^ 2-80f_ {n} f_ {n +1} +100f_n ^ 2 = 36 \ veces 4 ^ n $$

o

$$ (5 f_ {n +1} - \ lambda_1f_n) (5f_ {n +1} + \ lambda_2f_n) = 36 \ veces 4 ^ n $$

con$\lambda = 8\pm i 6$ Esto puede ser manejado como

$$ \ left \ {\begin{array}{} 5 f_{n+1}-\lambda_1f_n & = & a\\ 5 f_{n+1}-\lambda_2f_n & = & b \end {array} \ right. $$

con $a \times b = 4^n$

entonces

$$ f_ {n +1} = \ frac {((3 + 4 i) a + (3 - 4 i) b)} {30} \\ f_ {n} = \ frac {i (ab)} {12 } $$

etc.

Para soluciones reales$a=b \Rightarrow f_{n+1} = \frac{2^{n+1}}{10}$

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