北京大学 2022年强基第4题
📝 题目
对实数 $x_{1}, x_{2}, x_{3}, x_{1}$ ,有 $\left|x_{1}-x_{2}\right|=26,\left|x_{2}-x_{3}\right|=14,\left|x_{3}-x_{4}\right|=17,\left|x_{1}-x_{1}\right|=23$ ,问 $\left.\max \left\{x_{1}, x_{2}, x_{3}, x_{4}\right\}-\min \left\{x_{1}, x_{2}, x_{3}, x_{4}\right\}=()\right)_{0}$
💡 答案解析
答案: 321 解:记 $\displaystyle a_{n}=\left(\frac{1+\sqrt{5}}{2}\right)^{n}+\left(\frac{1-\sqrt{5}}{2}\right)^{n}$ , 则由其所对应的特征根方程知数列 $a_{n}$ 满足 $a_{n+2}=a_{n+1}+a_{n}$ 且 $a_{0}=2, a_{1}=1$ , 依次可得 $a_{2}=3, a_{3}=4, a_{4}=7, a_{5}=11, a_{6}=18, a_{7}=29, a_{8}=47, a_{9}=76, a_{10}=123, a_{11}=199, a_{12}=322$ 而 $\displaystyle \left|\frac{1-\sqrt{5}}{2}\right| \in(0,1)$ ,所以 $\displaystyle \left(\frac{1-\sqrt{5}}{2}\right)^{12} \in(0,1)$ , 所以 $\displaystyle a_{12}\gt \left(\frac{1+\sqrt{5}}{2}\right)^{12}\gt a_{12}-1$ ,所以 $\left[\alpha^{12}\right]=321$ 。
📋 详细解题步骤
步骤 1/8
目标:理解题目条件,发现矛盾
题目给出四个实数x1,x2,x3,x4,但条件中有|x1-x1|=23,这不可能成立,因为左边为0,右边为23。因此题目可能有误,但根据答案,实际条件应为|x1-x4|=23。
提示:注意检查条件是否自洽。
步骤 2/8
目标:将四个绝对值条件转化为数轴上的距离
设四个数在数轴上,已知相邻距离:|x1-x2|=26,|x2-x3|=14,|x3-x4|=17,|x1-x4|=23。这些距离构成一个四边形,但实际是四个点,距离应满足三角不等式。
提示:数轴上的点,距离满足三角不等式。
步骤 3/8
目标:确定四个点的顺序
由于|x1-x4|=23,而|x1-x2|+|x2-x3|+|x3-x4|=26+14+17=57>23,说明x1和x4不是直接相邻,中间有x2和x3。可能的顺序为x1, x2, x3, x4或x4, x3, x2, x1等。
提示:总距离大于直接距离,说明中间有转折。
步骤 4/8
目标:假设顺序并计算总跨度
假设顺序为x1, x2, x3, x4,则x1到x4的距离为26+14+17=57,但实际|x1-x4|=23,矛盾。因此顺序不是单调的,可能有折返。
提示:考虑折返情况。
步骤 5/8
目标:考虑折返情况,设x1最小,x4最大
设x1最小,x4最大,则|x1-x4|为最大值。但|x1-x4|=23,而其他距离更大,说明x2和x3在x1和x4之间来回。例如x1到x2距离26,但x1到x4只有23,所以x2在x1左侧?不,距离为正,需仔细。
提示:距离总是非负。
步骤 6/8
目标:利用绝对值的几何意义,列出方程
设x1=0,则x2=±26,x3=x2±14,x4=x3±17,且|x4|=23。通过尝试符号组合,找到满足条件的解。
提示:设一个点为原点简化计算。
步骤 7/8
目标:求解符号组合
尝试:x1=0,x2=26,则x3=26+14=40或26-14=12。若x3=40,则x4=40±17=57或23,|x4|=23得x4=23或-23,但23与40差17,故x4=23,则x1=0,x2=26,x3=40,x4=23,跨度40-0=40。
提示:检查所有组合。
步骤 8/8
目标:找到最大跨度
另一种组合:x1=0,x2=-26,则x3=-26±14=-40或-12。若x3=-40,则x4=-40±17=-57或-23,|x4|=23得x4=-23,则点:0,-26,-40,-23,跨度0-(-40)=40。若x3=-12,则x4=-12±17=-29或5,|x4|=23得x4=-23?不,5或-29,无23。故最大跨度为40?但答案给出321,显然不对。
提示:注意题目可能抄错,实际是斐波那契数。
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