Олимпиадные задачи из источника «параграф 1. Конечные разности» для 9 класса

<b>Дискретная теорема Лиувилля.</b>Пусть<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) — ограниченная гармоническая (определение смотри в задаче<a href="https://mirolimp.ru/tasks/161455">11.28</a>) функция, то есть существует положительная константа<i>M</i>такая, что<div align="CENTER"> $\displaystyle \forall$(<i>x</i>, <i>y</i>) $\displaystyle \in$ $\displaystyle \mathbb {Z}$²    | <i>f</i> (<i>x</i>, <i>y</i>)| $\displaystyle \leqslant$ <i>M</i>. </div>Докажите, что функция<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) равна константе.

Пусть<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) — гармоническая функция (определение смотри в задаче<a href="https://mirolimp.ru/tasks/161455">11.28</a>). Докажите, что функции$\Delta_{x}^{}$<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) =<i>f</i>(<i>x</i>+ 1,<i>y</i>) -<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) и$\Delta_{y}^{}$<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) =<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>+ 1) -<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) также будут гармоническими.

<i>Определение.</i>Пусть функция<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) задана во всех точках плоскости с целыми координатами. Назовем функцию<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>)<i>гармонической</i>, если ее значение в каждой точке равно среднему арифметическому значений функции в четырех соседних точках, то есть: <i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>)=1/4(<i>f</i>(<i>x</i>+1,<i>y</i>)+<i>f</i>(<i>x</i>-1,<i>y</i>)+<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>+1) +<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>-1)). Пусть<i>f</i>(<i>x</i>,<i>y</i>) и<...

Для каких натуральных<i>n</i>в выражении<div align="CENTER"> ±1²±2²±3²±...±<i>n</i>² </div>можно так расставить знаки + и -, что в результате получится 0?

Докажите, что при всех натуральных <i>n</i> число   <i>f</i> (<i>n</i>) = 2^{2<i>n</i>–1} – 9<i>n</i>² + 21<i>n</i> – 14   делится на 27.

  а) Пусть <i>q</i> – натуральное число и функция   <i>f</i>(<i>x</i>) = <i>cq^x</i> + <i>a_nxⁿ</i> + ... + <i>a</i>₁<i>x</i> + <i>a</i>₀  принимает целые значения при  <i>x</i> = 0, 1, 2, ..., <i>n</i> + 1.

Докажите, что при любом натуральном <i>x</i> число  <i>f</i>(<i>x</i>) также будет целым.

  б) Пусть выполняются условия пункта а) и  <i>f</i>(<i>x</i>) делится на некоторое целое  <i>m</i> ≥ 1  при  <i>x</i> = 0, 1, 2, ..., <i>n</i> + 1.  Докажите, что  &l...

Для многочлена  <i>f</i>(<i>x</i>) = <i>x</i>³ – <i>x</i>  найдите Δ²<i>f</i>(<i>x</i>).

Объясните, не применяя соображения делимости, почему  <i>f</i>(<i>x</i>) делится на 6 при всех целых <i>x</i>.

При помощи преобразования Абеля вычислите следующие суммы: а)$\sum\limits_{k=1}^{n}$<i>k</i>²<i>q</i>^{k - 1}; б)$\sum\limits_{k=1}^{n}$<i>k</i>sin <i>kx</i>; в)$\sum\limits_{k=1}^{n}$<i>k</i>²cos <i>kx</i>.

Найдите : <table> <tr><td align="LEFT">а) $\sum\limits_{k=1}^{n}$${\dfrac{1}{k(k+1)}}$;    </td> <td align="LEFT">д) $\sum\limits_{k=1}^{n}$${\dfrac{4k+1}{k(k+1)(4k^2-1)}}$;</td> </tr> <tr><td align="LEFT">б) $\sum\limits_{k=2}^{n}$${\dfrac{1}{k^2-1}}$;    </td> <td align="LEFT">е) $\sum\limits_{k=1}^{n}$${\dfrac{k-1}{k!}}$;</td> </tr> <tr><td align="LEFT"> в) $\sum\limits_{k=1}^{n}$${\dfrac{1}{k(k+1)(k+2)}}$;    </td> <td align="LEFT"> ж) $\sum\limits_{k=1}^{n}$<i>k</i>! <i>k</i>.</td> </tr> <tr><td align="LEFT"> г) $\sum\limits_{k=1}^{n}$${\dfrac{(k-1),2^k}{k(k+1)}}$;&lt...

Найдите последовательность {<i>a</i>_n} такую, что$\Delta$<i>a</i>_n=<i>n</i>2ⁿ. (Вспомните как вычисляют$\int$<i>xe</i>^x d<i>x</i>.)

Найдите представление для$\Delta$(<i>a</i>_n^.<i>b</i>_n) через$\Delta$<i>a</i>_nи$\Delta$<i>b</i>_n. Сравните полученную формулу с формулой для производной произведения двух функций.

Докажите следующие свойства оператора взятия конечной разности, подобные свойствам оператора дифференцирования: а) $\Delta$${\dfrac{1}{b_n}}$= -${\dfrac{\Delta b_n}{b_nb_{n+1}}}$;        б) $\Delta$$\left(\vphantom{\dfrac{a_n}{b_n}}\right.$${\dfrac{a_n}{b_n}}$$\left.\vphantom{\dfrac{a_n}{b_n}}\right)$=${\dfrac{b_n\Delta a_n-a_n\Delta b_n}{b_nb_{n+1}}}$.

Пусть  <i>f</i>(<i>x</i>) – многочлен степени <i>m</i>. Докажите, что если  <i>m</i> < <i>n</i>,  то  Δ<i>ⁿf</i>(<i>x</i>) = 0.  Чему равна величина Δ<i>^mf</i>(<i>x</i>)?

Докажите равенство<div align="CENTER"> <i>f</i> (<i>x</i> + <i>n</i>) = $\displaystyle \sum\limits_{k=0}^{n}$<i>C</i>_n^k$\displaystyle \Delta^{k}_{}$<i>f</i> (<i>x</i>). </div>

Докажите формулу<div align="CENTER"> $\displaystyle \Delta^{n}{}$<i>f</i> (<i>x</i>) = $\displaystyle \sum\limits{k=0}^{n}$<i>C</i>_n^k(- 1)^{n - k}<i>f</i> (<i>x</i> + <i>k</i>). </div>

Докажите, что для любого многочлена <i>P</i>(<i>x</i>) степени <i>m</i> существует единственный многочлен <i>Q</i>(<i>x</i>) степени  <i>m</i> + 1 , для которого  Δ<i>Q</i>(<i>x</i>) = <i>P</i>(<i>x</i>)  и  <i>Q</i>(0) = 0.

Докажите, что если <i>Q</i>(<i>x</i>) – многочлен степени  <i>m</i> + 1,  то  <i>P</i>(<i>x</i>) = Δ<i>Q</i>(<i>x</i>)  – многочлен степени <i>m</i>.

Докажите тождество<div align="CENTER"> $\displaystyle \sum\limits_{k=0}^{n}$$\displaystyle {\dfrac{1}{F_{2^k}}}$ = 3 - $\displaystyle {\dfrac{F_{2^n-1}}{F_{2^n}}}$        (<i>n</i> $\displaystyle \geqslant$ 1). </div>

Выведите формулу для суммы1³+ 2³+ 3³+...+<i>n</i>³.

Найдите последовательность {<i>a</i>_n} такую, что$\Delta$<i>a</i>_n=<i>n</i>². Используя результат предыдущей задачи, получите формулу для суммы1²+ 2²+ 3²+...+<i>n</i>².

Пусть даны последовательности чисел {<i>a</i>_n} и {<i>b</i>_n}, связанные соотношением$\Delta$<i>b</i>_n=<i>a</i>_n,    (<i>n</i>= 1, 2,...). Как связаны частичные суммы<i>S</i>_nпоследовательности {<i>a</i>_n}<div align="CENTER"> <i>S</i>_n = <i>a</i>₁ + <i>a</i>₂ +...+ <i>a</i>_n </div>с последовательностью {<i>b</i>_n}?

Найдите <table> <tr><td align="LEFT">а) $\Delta$<i>n</i>²;    </td> <td align="LEFT">в) $\Delta$<i>n</i>^k;</td> </tr> <tr><td align="LEFT">б) $\Delta$<i>n</i>(<i>n</i> - 1);    </td> <td align="LEFT">д) $\Delta$<i>C</i>_n^k.</td> </tr> </table>