超越
乌兰巴托大学

在第14届美国初中数学年度考试(1998年)上,出现了以下问题,我在这里与大家分享:


问题#22:

Terri通过以下三个规则生成一个正整数序列。她从一个正整数开始,然后对结果应用适当的规则,并以这种方式继续。

规则1:如果整数小于10,则将其乘以9。
规则2:如果整数是偶数且大于9,则将其除以2。
规则3:如果整数是奇数且大于9,则从中减去5。

样本序列:23、18、9、81、76。。。

找到98第个序列中以98、49…开头的项。。。

(A) 6(B)11(C)22(D)27(E)54

乍一看,这似乎是一个棘手的问题,或者至少是一个耗时的问题。特别是当你意识到这是25项竞赛考试中的第22项,有40分钟的时间限制。

但经过仔细检查,很快就会发现,应用这三条规则所产生的术语中存在循环模式。序列以这种方式开始:

98, 49, 44,22, 11, 6, 54, 27,22, ...

你看到其中一个数字很快就重复了吗?数字22出现在第4和第9位。这意味着有一个五个术语的重复循环。

我们的目标是确定第98届任期。但如果我们去掉前三个,问题又会变回一个问题:

95是什么第个五个一组出现的一串术语中的术语?

当然,这将是这个周期的第五个学期!因此,对上述问题的正确回答是27。曾经看似冗长的解决方案最终却变得异常简短。


这看起来很像本网站在早期文章中讨论的内容乌拉姆问题。在那篇文章中,我们还出现了数字循环。这类似于一类著名的问题,这些问题在许多数学竞赛中都会出现,比如

1000是多少第个小数形式为1/7的数字?

单位数字3是多少1998?

等等。[参见100人第个信件.]


但这个问题的答案不仅仅是27。回想一下,在乌拉姆的文章中,我们分析了当给出的规则适用于许多不同的数字时,特别是那些从1到100的数字。通过刷新您的记忆,我们将在此处陈述总体结果。对于第一组规则,所有的数字迟早都会达到一个简单的三项循环,即4、2、1(返回到4)。对于第二组规则,所有数字都进入三个不同数量的术语(长度为2、5和18)的不同循环中的一个。

那么,这套新规则怎么样?所有数字是否都流入上述循环?或者还有其他周期吗?再一个?两个?多少?你看,在解决了最初的竞赛项目后,真正的乐趣开始了;现在是时候做真正的数学了!我现在把这件事交给你处理。我不想破坏你自己发现结果的乐趣。

扩展

惊喜!惊喜!还没有结束。(你以为你的作业做完了,是吗?)

你看,像这样的问题对我来说就像吃爆米花,一旦我开始问问题,我就停不下来了。在我看来,来自AJHSME的原始竞赛问题只是许多可能的场景之一。给出的三条规则只是需要稍作调整以产生新的问题。下面是我们的意思的一个例子:

这些规则会导致什么循环?

  1. 如果整数小于10,请将其乘以9。
  2. 如果整数是偶数且大于9,则将其除以2。
  3. 如果整数是奇数且大于9,则减去从中。

你注意到第三条规则的微小变化了吗?现在我们从所有大于9的奇数中减去3而不是5。你说是零钱吗?确实如此。但你不认为这一小小的改变可能会大大改变我们的周期吗?调查一下这个发生了什么。

然后,试试这个:

这些规则会导致什么循环?

  1. 如果整数小于10,则将其乘以7.
  2. 如果整数是偶数且大于9,则将其除以2。
  3. 如果整数是奇数且大于9,则从中减去5。

这一次,我们保留了规则#3中5的减法,但进行了更改规则#1是“乘以7”。再一次,正如我确信你开始怀疑的那样,这种微妙的变化对结果产生了很大的影响。但只是产生的循环是什么?这就是我留给你去发现的。

总的来说,我们面前有一整套问题,基本结构相似,但每个问题都有其独特的特点。很可能您现在可以开始创建您自己的原始问题变体。您可以将规则#3中的减法值更改为其他奇数,如1、7或9。[如果使用偶数会发生什么情况?]您也可以将规则#1中的乘数更改为其他值。但规则#2可能最好保持原样,因为并非所有偶数都可以被其他数整除。这样做会带来如何处理“残留物”的严重麻烦!

海报

把你的研究结果发给我。我想听听你发现了什么。

有关更多简单循环性质的活动,请查看快乐和眩晕数字,或喀普利卡.

有关AJHSME[重命名为AMC 8]的更多信息,请联系

Titu Andreescu,董事
美国数学竞赛
内布拉斯加州大学林肯分校
美国东北部林肯68588-0658。
电话:402-472-6566,传真:402-672-6087
电子邮箱:amcinfo@unl.edu


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