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La forma cerrada para $a_{n+1} = (a_n)^2+\frac{1}{4}$

Me han dado la siguiente secuencia: \begin{align*} &a_0 = 0; \\ &a_{n+1} = (a_n)^2+\frac{1}{4}. \end{align*}

También tengo que demostrar que lo que se me ocurre es la correcta, pero que probablemente va a ser la parte más fácil.

Aquí están los primeros valores:

\begin{align} &a_0 = 0 \\ &a_1 = \frac{1}{4}\\ &a_2 = \frac{5}{16}\\ &a_3 = \frac{89}{256} \\ &a_4 = \frac{24305}{65536} \end{align}

Me las he arreglado para determinar que los denominadores son de la forma $2^{2^n}$. He probado hasta a un millón de términos de esta secuencia y parece que $\lim_{n\rightarrow\infty}a_n = \frac{1}{2}$. Pasé un rato tratando de encontrar algo de la forma $a_n = \frac{P(n)}{Q(n)}$. Yo no he tenido suerte con esto, así que me puse a buscar en algunas sumas. He encontrado que \begin{align*} a_2 = \frac{1}{4} + \frac{1}{16} = \frac{5}{16} \end{align*} y, \begin{align*} a_3 = \frac{1}{4} + \frac{1}{16} + \frac{1}{32} + \frac{1}{256} = \frac{89}{256} \end{align*}

Pero ahora, \begin{align*} a_4 = \frac{1}{4} + \frac{1}{16} + \frac{1}{32} + \frac{1}{64} + \frac{1}{128} + \frac{1}{512} + \frac{1}{1024} + \frac{1}{2048} + \frac{1}{4096} + \frac{1}{65536}= \frac{24305}{65536}. \end{align*}

Así que parece que hay algún tipo de la suma que involucran potencias negativas de 2, pero no es claro para mí que incluso hay un patrón aquí. Cualquier sugerencias/ayuda se agradece!

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eljenso Puntos 7690

Acabo de comprobar OEIS secuencia A167424 para que $$f(1)=1/2 \\ f(n+1)=[f(n)^2+1]/2.$$ If this $f$ is divided by 2 you get your sequence $a_1,a_2,\cdots,$ desde entonces se da correctamente $a_1=1/4$ $a_{n+1}=a_n^2+1/4.$ La recursividad en el $a_n=f(n)/2$ sigue dividiendo a través de la recursividad $f(n+1)=[f(n)^2+1]/2$ por 2 para obtener $$\frac{f(n+1)}{2}=\left( \frac{f(n)}{2}\right) ^2 +\frac{1}{4}.$$

Así que nada, como formas cerradas, etc. debe ser extraíble del OEIS página, si es que hay.

Nota al margen: El Mandlebrot conjunto cruza el eje real en el intervalo de $[-2,1/4]$. Ya que se compone de los puntos de $c$ de manera tal que la órbita de $0$ bajo la iteración de $f(x)=x^2+c$ es acotado, podemos ver que su secuencia es, precisamente, el (limitado) de la órbita de la derecha verdadero punto de la Mandlebrot conjunto. (En este sentido, no parece sorprendente que no hay una forma cerrada, como normalmente Mandlebrot iteraciones rebote de todo el conjunto de forma impredecible. Hay periódicos puntos, pero parece $1/4$ no es uno de ellos. (Sólo pensé que esta conexión podría ser de su interés.)

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