24. 人们把$\dfrac{\sqrt{5} - 1}{2}$这个数称为黄金分割数,著名数学家华罗庚开创的优选法中的$0.618$法就应用了黄金分割数。设$a = \dfrac{\sqrt{5} - 1}{2}$,$b = \dfrac{\sqrt{5} + 1}{2}$,记$S_{1} = \dfrac{1}{1 + a} + \dfrac{1}{1 + b}$,$S_{2} = \dfrac{1}{1 + a^{2}} + \dfrac{1}{1 + b^{2}}$,$···$,$S_{10} = \dfrac{1}{1 + a^{10}} + \dfrac{1}{1 + b^{10}}$。
(1)求$S_{1}$的值;
(2)请直接写出$S_{1} + S_{2} + ··· + S_{10}$的值。
(1)求$S_{1}$的值;
(2)请直接写出$S_{1} + S_{2} + ··· + S_{10}$的值。
答案
(1) $1$;(2) $10$。
解析
(1)
因为$a = \dfrac{\sqrt{5} - 1}{2}$,$b = \dfrac{\sqrt{5} + 1}{2}$,
所以$a + b = \dfrac{\sqrt{5} - 1}{2} + \dfrac{\sqrt{5} + 1}{2} = \sqrt{5}$,$ab = (\dfrac{\sqrt{5} - 1}{2})(\dfrac{\sqrt{5} + 1}{2}) = \dfrac{5 - 1}{4} = 1$。
$S_{1} = \dfrac{1}{1 + a} + \dfrac{1}{1 + b} = \dfrac{(1 + b) + (1 + a)}{(1 + a)(1 + b)} = \dfrac{2 + a + b}{1 + a + b + ab}$。
将$a + b = \sqrt{5}$,$ab = 1$代入,得:
分子$= 2 + \sqrt{5}$,分母$= 1 + \sqrt{5} + 1 = 2 + \sqrt{5}$,
所以$S_{1} = \dfrac{2 + \sqrt{5}}{2 + \sqrt{5}} = 1$。
(2)
由(1)知$ab = 1$,则对任意正整数$n$,$a^{n}b^{n} = (ab)^{n} = 1$。
$S_{n} = \dfrac{1}{1 + a^{n}} + \dfrac{1}{1 + b^{n}} = \dfrac{(1 + b^{n}) + (1 + a^{n})}{(1 + a^{n})(1 + b^{n})} = \dfrac{2 + a^{n} + b^{n}}{1 + a^{n} + b^{n} + a^{n}b^{n}} = \dfrac{2 + a^{n} + b^{n}}{2 + a^{n} + b^{n}} = 1$。
故$S_{1} + S_{2} + ··· + S_{10} = 1 + 1 + ··· + 1 = 10$(共10个1相加)。
因为$a = \dfrac{\sqrt{5} - 1}{2}$,$b = \dfrac{\sqrt{5} + 1}{2}$,
所以$a + b = \dfrac{\sqrt{5} - 1}{2} + \dfrac{\sqrt{5} + 1}{2} = \sqrt{5}$,$ab = (\dfrac{\sqrt{5} - 1}{2})(\dfrac{\sqrt{5} + 1}{2}) = \dfrac{5 - 1}{4} = 1$。
$S_{1} = \dfrac{1}{1 + a} + \dfrac{1}{1 + b} = \dfrac{(1 + b) + (1 + a)}{(1 + a)(1 + b)} = \dfrac{2 + a + b}{1 + a + b + ab}$。
将$a + b = \sqrt{5}$,$ab = 1$代入,得:
分子$= 2 + \sqrt{5}$,分母$= 1 + \sqrt{5} + 1 = 2 + \sqrt{5}$,
所以$S_{1} = \dfrac{2 + \sqrt{5}}{2 + \sqrt{5}} = 1$。
(2)
由(1)知$ab = 1$,则对任意正整数$n$,$a^{n}b^{n} = (ab)^{n} = 1$。
$S_{n} = \dfrac{1}{1 + a^{n}} + \dfrac{1}{1 + b^{n}} = \dfrac{(1 + b^{n}) + (1 + a^{n})}{(1 + a^{n})(1 + b^{n})} = \dfrac{2 + a^{n} + b^{n}}{1 + a^{n} + b^{n} + a^{n}b^{n}} = \dfrac{2 + a^{n} + b^{n}}{2 + a^{n} + b^{n}} = 1$。
故$S_{1} + S_{2} + ··· + S_{10} = 1 + 1 + ··· + 1 = 10$(共10个1相加)。
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