Олимпиадные задачи из источника «глава 11. Последовательности и ряды» - сложность 3-4 с решениями

Докажите, что   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61528/problem_61528_img_2.gif">

Числа <i>P_kl</i>(<i>n</i>) определены в задаче <a href="https://mirolimp.ru/tasks/161525">161525</a>.

Докажите, что при любых <i>k</i> и <i>l</i> многочлен <i>g_k,l</i>(<i>x</i>) является возвратным, то есть   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61527/problem_61527_img_2.gif">

(Определение многочленов Гаусса см. <a href="https://problems.ru/thes.php?letter=12#gaussa">здесь</a>.)

Выведите формулу для чисел Каталана, воспользовавшись результатом задачи <a href="https://mirolimp.ru/tasks/161519">161519</a> и равенством   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61520/problem_61520_img_2.gif">   где

<img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61520/problem_61520_img_3.gif">   – обобщенные биномиальные коэффициенты.

Определение чисел Каталана можно найти в <a href="https://problems.ru/thes.php?%20letter=23#chisla_catalana">справочнике</a>.

Пусть   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61519/problem_61519_img_2.gif">   – производящая функция последовательности <i>чисел Каталана</i>. Докажите, что она удовлетворяет равенству <div align="CENTER"><i>C</i>(<i>x</i>) = <i>xC</i>²(<i>x</i>) + 1, </div>и получите явный вид функции<i>C</i>(<i>x</i>). Определение чисел Каталана можно найти в<a href="https://problems.ru/thes.php?letter=23#chisla_catalana">справочнике</a>.

Переменные<i>x</i>и<i>y</i>связаны равенством<div align="CENTER"> <i>x</i> = <i>y</i> + $\displaystyle {\frac{y^2}{2!}}$ + $\displaystyle {\frac{y^3}{3!}}$ +...+ $\displaystyle {\frac{y^n}{n!}}$ +... </div>Разложите<i>y</i>по степеням<i>x</i>.

Найдите общую формулу для коэффициентов ряда<div align="CENTER"> (1 - 4<i>x</i>)^{- $\scriptstyle {\textstyle\frac{1}{2}}$} = 1 + 2<i>x</i> + 6<i>x</i>² + 20<i>x</i>³ +...+ <i>a</i>_n<i>x</i>ⁿ +... </div>

Придумайте какое-либо взаимно-однозначное соответствие между разбиениями натурального числа на различные и на нечётные слагаемые.

На доске написано <i>n</i> натуральных чисел. Пусть <i>a_k</i> – количество тех из них, которые больше <i>k</i>. Исходные числа стерли и вместо них написали все положительные <i>a_k</i>. Докажите, что если с новыми числами сделать то же самое, то на доске окажется исходный набор чисел.

Например, для чисел 5, 3, 3, 2, получается следующая цепочка   (5, 3, 3, 2)  →  (4, 4, 3, 1, 1)  →  (5, 3, 3, 2).

Вычислите, используя производящие функции, следующие суммы:

а)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_2.gif">    б)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_3.gif">    в)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_4.gif">    г)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_5.gif">

Найдите производящие функции последовательности многочленов Фибоначчи  <i>F</i>(<i>x, z</i>) = <i>F</i>₀(<i>x</i>) + <i>F</i>₁(<i>x</i>)<i>z + F</i>₂(<i>x</i>)<i>z</i>² + ... + <i>F_n</i>(<i>x</i>)<i>zⁿ</i> + ...

и последовательности многочленов Люка   <i>L</i>(<i>x, z</i>) = <i>L</i>₀(<i>x</i>) + <i>L</i>₁(<i>x</i>)<i>z + L</i>₂(<i>x</i>)<i>z</i>² + ... + <...

Вычислите суммы а)$\sum\limits_{n=0}^{\infty}$${\dfrac{F_n}{2^n}}$;        б)$\sum\limits_{n=0}^{\infty}$${\dfrac{L_n}{2^n}}$. Здесь L_nобозначает числа Люка, смотри задачу<a href="https://mirolimp.ru/tasks/160585">3.133</a>.

а) Найдите производящую функцию последовательности чисел Люка (определение чисел Люка смотри в задаче <a href="https://mirolimp.ru/tasks/160585">160585</a>)б) Пользуясь этой функцией, выразите <i>L_n</i> через φ и <img width="15" height="30" align="MIDDLE" border="0" src="/storage/problem-media/61504/problem_61504_img_2.gif"> (см. задачу <a href="https://mirolimp.ru/tasks/161502">161502</a>).

Докажите, что бесконечная сумма<div align="CENTER"> <table> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT"> </td> <td align="LEFT">0, 1</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 01</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 002</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 0003</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 00005</td>...

а) Докажите, что производящая функция последовательности чисел Фибоначчи   <i>F</i>(<i>x</i>) = <i>F</i>₀ + <i>F</i>₁<i>x</i> + <i>F</i>₂<i>x</i>² + ... + <i>F_nxⁿ</i> + ... может быть записана в виде   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61502/problem_61502_img_2.gif">   где  <img width="15" height="28" align="MIDDLE" border="0" src="/storage/problem-media/61502/problem_61502_img_3.gif"> = <img width="41" height="41" align="MIDDLE" border="0" s...

Функции <i>a, b</i> и <i>c</i> заданы рядами     <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61501/problem_61501_img_2.gif">     <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61501/problem_61501_img_3.gif">     <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61501/problem_61501_img_4.gif">Докажите, что  <i>a</i>³ +<i>b</i>³ +<i>c</i>³ – 3<i>abc</i>= (1 +<i>x</i>³)^<i>n</i>.

Предположим, что у нас имеется 1000000 автобусных билетов с номерами от 000000 до 999999. Будем называть билет <i>счастливым</i>, если сумма первых трёх цифр его номера равна сумме трёх последних. Пусть <i>N</i> – количество счастливых билетов. Докажите равенства:

  а)  (1 + <i>x</i> + ... + <i>x</i>⁹)³(1 + <i>x</i>^–1 + ... + <i>x</i>^–9)³ = <i>x</i>²⁷ + ... + <i>a</i>₁<i>x</i> + <i>N</i> + <i>a</i>₁<i>x</i> + ... + <i>x</i>^–27;...

Докажите, что для всех неотрицательных <i>n</i> выполняются равенства   а)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61496/problem_61496_img_2.gif">   б)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61496/problem_61496_img_3.gif">

Пусть <i>a_n</i> – число решений уравнения  <i>x</i>₁ + ... + <i>x_k</i> = <i>n</i>   в целых неотрицательных числах и <i>F</i>(<i>x</i>) – производящая функция последовательности <i>a_n</i>.

  а) Докажите равенства:  <i>F</i>(<i>x</i>) = (1 + <i>x</i> + <i>x</i>² + ...)^<i>k</i> = (1 – <i>x</i>)^–<i>k</i>.

  б) Найдите формулу для <i>a_n</i>, пользуясь задачей <a href="https://mirolimp.ru/tasks/161490">161490</a>.

Вычислите суммы:

  а)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61492/problem_61492_img_2.gif">   б)   <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61492/problem_61492_img_3.gif">

Пусть(1 +$\sqrt{2}$+$\sqrt{3}$)ⁿ=<i>p</i>_n+<i>q</i>_n$\sqrt{2}$+<i>r</i>_n$\sqrt{3}$+<i>s</i>_n$\sqrt{6}$(<i>n</i>$\geqslant$0). Найдите: а) $\lim\limits_{n\to \infty}^{}$${\dfrac{p_n}{q_n}}$;     б) $\lim\limits_{n\to \infty}^{}$${\dfrac{p_n}{r_n}}$;     в) $\lim\limits_{n\to \infty}^{}$${\dfrac{p_n}{s_n}}$.

Каким линейным рекуррентным соотношениям удовлетворяют последовательности a) <i>a</i>_n=<i>n</i>²;        б) <i>a</i>_n=<i>n</i>³?

Найдите формулу<i>n</i>-го члена для последовательностей, заданных условиями (<i>n</i>$\geqslant$0): <table> <tr><td align="LEFT">a) <i>a</i>₀ = 0, <i>a</i>₁ = 1, <i>a</i>_{n + 2} = 4<i>a</i>_{n + 1} - 5<i>a</i>_n;</td> </tr> <tr><td align="LEFT"> б) <i>a</i>₀ = 1, <i>a</i>₁ = 2, <i>a</i>_{n + 2} = 2<i>a</i>_{n + 1} - 2<i>a</i>_n;</td> </tr> <tr><td align...

Как будет выглядеть формула <i>n</i>-го члена для рекуррентной последовательности <i>k</i>-го порядка, если

  a) характеристическое уравнение имеет простые корни  <i>x</i>₁,..., <i>x_k</i>,  отличные от нуля;

  б) характеристическое уравнение имеет отличные от нуля корни  <i>x</i>₁, ..., <i>x_m</i>  с кратностями  α₁, ..., α<i>_m</i>  соответственно?

Определения, связанные с рекуррентными последовательностями, смотри в <a href="https://problems.ru/thes.php?letter=15#linejnaja_recurrentnaja">справочнике</a>.

Пять моряков высадились на остров и к вечеру набрали кучу кокосовых орехов. Дележ отложили на утро. Один из них, проснувшись ночью, угостил одним орехом мартышку, а из остальных орехов взял себе точно пятую часть, после чего лёг спать и быстро уснул. За ночь так же поступили один за другим и остальные моряки; при этом каждый не знал о действиях предшественников. На утро они поделили оставшиеся орехи поровну, но для мартышки в этот раз лишнего ореха не осталось. Каким могло быть наименьшее число орехов в собранной куче?

Определим последовательности {<i>x</i>_n} и {<i>y</i>_n} при помощи условий:<div align="CENTER"> <i>x</i>_n = <i>x</i>_{n - 1} + 2<i>y</i>_{n - 1}sin²$\displaystyle \alpha$,    <i>y</i>_n = <i>y</i>_{n - 1} + 2<i>x</i>_{n - 1}cos²$\displaystyle \alpha$;    <i>x</i>₀ = 0, <i>y</i>₀ = cos$\displaystyle \alpha$. </div>Найдите выражение для<i>x</i>_nи<i>y</...