数学|一道牛津大学入学考试数学题

文摘   2024-10-09 00:04   重庆  

最近大家看我公众号都是经济史,估计都要看吐了。那就给大家写写简单的数学吧。今天给大家介绍的是一道牛津大学/帝国理工学院的入学考试题,难度并不大。

那就上题吧。

解析:这道题是关于取整函数的积分。向下取整函数以前有介绍过,感兴趣可以参考:数形结合巧解取整函数难题⌊x⌋表达的意思是小于或者等于x的最大整数。比如⌊1⌋=1,⌊1.3⌋=1,⌊-0.5⌋=-1等等。其图像如下图所示:

所以这道题我们得先考虑在x在(0,2)范围内log2x⌋的取值情况。了解log2x函数的同学肯定知道下面的公式:

logaa=1

logabn=nlogab

所以在log2x取整数的值可能是:log22,log21,log2(1/2),log2(1/4),log2(1/8) ...log2(1/n)...。因此可以将区间0,2)分为[1,2),[1/2,1),[1/4,1/2),[1/8,1/4)...,log2x在这些区间的取值分别是0,-1,-2,-3,-4...。其图像如下所示:

其中黑色代表y=log2x⌋,桔红色代表y=log2x

所以原函数:

F(x)=(3/4)log2x⌋的取值情况也是一系列的水平直线,具体如下:

[1,2)区间,F(x)=(3/4)0=1;
在[1/2,1)区间,F(x)=(3/4)-1=4/3;
在[1/4,1/2)区间,F(x)=(3/4)-2=(4/3)2
在[1/8,1/4)区间,F(x)=(3/4)-3=(4/3)3

...........

依此类推。此函数图像如下:

到了这一步,其实题目已经很简单了,积分本质上就是求黎曼和(Riemann sum),如下所示:

所以,所求的积分就是将区间内的这些长方形面积相加就可以,如下所示:

所求积分=1×(2-1)+(4/3)×(1-1/2)+(4/3)2×(1/2-1/4)+...

化简之后为:1+2/3+(2/3)2+(2/3)3+...

很显然这是一个无穷几何级数,r=2/3<1,可以很快求出其结果为3。

美国著名物理学家费曼说:“你最好学学微积分,它是上帝的语言。”微积分真的很棒哟,去学学吧,如果没啥事的话。

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