【全程NOIP计划】数学推导选讲

发布时间:2022-06-29 发布网站:脚本宝典
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【全程NOIP计划】数学推导选讲

常见不等式

柯西不等式

对于数列a和b,有以下恒成立

[sum_{i=1}^na_i^2 sum_{i=1}^n b_i^2 ge (sum_{i=1}^na_ib_i)^2 ]

(A=sum a_i^2,B=sum a_ib_i,C=sum b_i^2)

构造以下式子

[f(x)=Ax^2+2Bx+c=sum(a_ix+b_i)^2 ge 0 \ a_i^2x^2+2a_ib_ix+b_i^2ge 0 ]

(trianglele 0),然后就得证了

例子:

(x_1,x_2,dots,x_{4n}ge 0)(x_{i-1}+x_i+x_{i+1} le 1(x_0=x_{4n},x_{4n+1}=x_1))

求:(sum_{i=1}^{4n}(x_{i-1}*x_{i+1}))

这个系列实际上可以是(0,dfrac 12 ,0 ,dfrac 12,dots dots)

实际上我们可以直接把第二个小于号看成等于号

[x_0 x_2+x_1x_3le (1-x_1-x_2)x_2+x_1(1-x_1-x_2) \=(x_1+x_2)[1-(x_1+x_2)] ]

然后换元法,二次函数求最大值

又一个例子:

(x_1,x_2,dots,x_nin Z_+)(forall i,x_i not=10,sum_{i=1}^nx_i=10n)

((prod_{i=1}^nx_i)^{frac 1n})的最大值

9 11 9 11 9 11……这样循环下去就可以了

((prod x_i)^{frac 1n}le dfrac {sum x_i} n=10)

实际上就是均值不等式

再一个例子:

(f(x)=sum_{i=0}^na_ix^{n-i})(f(x))(n)个实数根,(forall i,a_i ge 0)

(f(m))的最大值

这是一个n-1元函数

n个根

设这n个根为(-x_1,-x_2,-x_3,-x_4,-x_5,-x_6,dots,-x_n)

然后

[f(m)=(m+x_1)(m+x_2)(m+x_3)dots dots (m+x_n) ]

(m+x_i=m*1+x_i ge (m+1) sqrt[m+1]{m*1+x_i})

还有:

设n次多项式(f(x))满足(f(k)=dfrac 1k (k=1,2,dots ,n+1))

求:(f(n+2))

从上一题吸取一点经验

(g(x)=x*f(x)-1)

(k=1,2,3,dots ,n+1)

(g(k)=k*f(k)-1=0)

(g(x)=(x-1)(x-2)dots(x-n-1))

所以((-1)^{n+1}!*C=-1)

(C=dfrac {(-1)^n} {(n+1)!})

(g(x)=dfrac {(-1)^n}{(n+1)!}*(x-1)(x-2)dots(x-n-1))

然后((n+2)*f(n+2)-1=g(n+2)=(-1)^n)

(f(n+2)=dfrac {(-1)^n+1} {n+2})

二阶线性递推数列的特征方程

(a_{n+2}=c_1a_{n+1}+c_2a_n)这一个递推式的特征方程为:

[x^2=c_1x+c_2 ]

如果这个方程的两个解为:(x_1,x_2)

(a_n)的通项公式为:(a_n=C_1x_1^n+C_2x_2^n)

比如斐波那契数列的特征方程就可以求

(f_{n+2}=f_{n+1}+f_n)

例子:

已知数列a满足:

(a_1=-4,a_2=-7,a_{n+2}=5a_{n+1}-6a_n)

(a_n)的通项公式

实际上用刚才的特征方程就好了

又一个例子:

(lfloor(dfrac {5+sqrt{21}} {2})^n rfloor)的个位数字

发现上面的其实是(x^2-5x+1=0)的两个解

然后(x^2=5x-1)

(a_{n+2}=5a_{n+1}-a_n)

(a_n=C_1(dfrac {5+sqrt{21}} {2})^n+C_2(dfrac {5-sqrt{21}} {2})^n)

(a_n=(dfrac {5+sqrt{21}} {2})^n+(dfrac {5-sqrt{21}} {2})^n)

所以(a_0=2,a_1=5)

然后用

(a_{n+2}=5a_{n+1}-a_n),在加的时候不断模10算出来它的循环节就可以了

还有一个例子:

求所有的数对((p,n)),满足(p^n)=(n^p),(p)是质数,(n)是正整数

假设(n=p^x),所以(p^n=p^{xp}=np)

(p^n=p^{p^x})

(p^{xp}=p^{p^x})

所以(xp=p^x to x=p^{x-1})

但是我们观察到$n=p space or space n=2,p=4 $(或者相反)就可以了

更多的例子:

n是一个偶数,给定一个n*n的矩阵B,(B_{i,j}=(i+j) space mod space n)

选出尽量多个格子,使得其中任意两个格子不在同一行,不在同一列,格子中的元素不同

给出方案

还有:

(M(a))表示使((a+b)|ab)为的正整数的b的个数

(M(a))

(dfrac {ab} {a+b}=c)

然后(ab=ac+bc)

(ab-ac-bc=0)

(ab-ac-bc+a^2=a^2)

((a-c)(a+b)=a^2)

所以我们就结束了

(ans=dfrac {d_0(a^2)-1}2),(d_0(x))为x约数的个数

如何求(a^2)的约数个数

(d_0(12)=(2+1)*(1+1)=6)

然后(d_0(12^2)=(4+1)*(2+1)=15)

然而还有:

一次考试有m道题目,有n个同学参加

如果某道题目正好有x个同学没有答对,那么答对的所有同学得x分

求第一名的分数和最后一名分数之和的最大值

可以很容易看出最大值为m*(n-1)

平面上有2n个点,没有三点共线,任意两点之间连线段

将其中(n^2+1)条边染成红色,剩下的边染成蓝色

求同色的三角形最多有多少个?

矩阵的相关概念

若矩阵A,向量x,数(lambda)满足:

(Ax=lambda x)则称$lambda (为)A(的特征值,)x(为)lambda(相对应的)A$的特征向量

求解方法:

((A-lambda I)x=0)先求解(|A-lambda I|=0)再求解方程

如果(AB=I),则A,B互为对方的逆,记为(B^{-1},A^{-1})

求解方法:通过矩阵变换将([A|I])消成([I|B]),则(B=A^{-1})

矩阵的对角化:(三角矩阵(O(n^3)))的矩阵快速幂

(A=P^{-1}DP),其中(D)为对角矩阵

(D中元素为A的特征值,P为相对应的特征的向量矩阵)

脚本宝典总结

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