Question

記數列a₁，a₂，…，a_n為A，其中a_i∈{0，1}，i=1，2，3，…，n．定義一種變換f：f將A中的1變?yōu)?，0；0變?yōu)?，1．設A₁=f（A），A_k+1=f（A_k），k∈N^*；   例如A：0，1，則A₁=f（A）：0，1，1，0．
（1）若A為1，1，0，則A₄中的項數為

 

；
（2）設A為1，0，1，記A_k中相鄰兩項都是0的數對個數為b_k，則b_k關于k的表達式為

 

．

Answer 1

考點：映射,集合的包含關系判斷及應用

專題：函數的性質及應用

分析：（1）由已知中A為1，1，0，f將A中的1變?yōu)?，0；0變?yōu)?，1．設A₁=f（A），A_k+1=f（A_k），代入遞推可得答案；
（2）設A_k中有l(wèi)_k個10數對，A_k+1中的00數對只能由A_k中的10數對得到，從而有b_k+1=l_k，A_k+1中的10數對有兩個產生途徑：①由A_k中的1得到； ②由A_k中00得到，由變換f的定義及A：1，0，1可得A_k中0和1的個數總相等，且共有3×2^k個，從而可得A_k+1中的10數對的個數l_k+1=b_k+3×2^k-1，則b_k+2=b_k+3×2^k-1，分k為奇數、偶數討論，用累加法可得答案；

解答： 解：（1）∵A為1，1，0，
故A₁有6項，A₂中的項數為12，A₃有24項，A₄中的項數為48，
（2）設A_k中有l(wèi)_k個10數對，A_k+1中的00數對只能由A_k中的10數對得到，
∴b_k+1=l_k，A_k+1中的10數對有兩個產生途徑：①由A_k中的1得到； ②由A_k中00得到，
由變換f的定義及A：1，0，1可得A_k中0和1的個數總相等，且共有3×2^k個，
∴l(xiāng)_k+1=b_k+3×2^k-1，
∴b_k+2=b_k+3×2^k-1，
由A：1，0，1可得A₁：1，0，0，1，1，0；A₂：1，0，0，1，0，1，1，0，1，0，0，1，
∴b₁=1，b₂=2，
當k≥3時，
若k為偶數，b_k=b_k-2+3×2^k-3，b_k-2=b_k-4+3×2^k-5，…b₄=b₂+3×2．
上述各式相加可得b_k=2+3×2+3×2³+…+3×2^k-3=2+3×

2(1-4 k-2 2 )

1-4

=2^k-1，
經檢驗，k=2時，也滿足b_k=2^k-1．
若k為奇數，b_k=b_k-2+3×2^k-3，b_k-2=b_k-4+3×2^k-5，…，b₃=b₁+3×2⁰，
上述各式相加可得b_k=1+3×1+3×2²+3×2⁴+…+3×2^k-3=1+3×

2(1-4 k-1 2 )

1-4

=2^k-1，
經檢驗，k=1時，也滿足b_k=2^k-1．
綜上，b_k=2^k-1．
故答案為：（1）48；（2）b_k=2^k-1．

點評：本題主要考查了數列的概念及簡單表示法，以及數列的求和，同時考查了分類討論的思想，難度較大，對能力要求較高．