Question

冰島南部一冰川火山口當(dāng)?shù)貢r(shí)間2010年3月20日發(fā)生大規(guī)模爆發(fā)性噴火，周邊飛揚(yáng)了大量火山灰．火山噴發(fā)停止后，為測(cè)量的需要，距離噴口中心50m內(nèi)的圓環(huán)面為第1區(qū)、50m至100m的圓環(huán)面為第2區(qū)、100m至150m的圓環(huán)面為第3區(qū)、…、第50（n-1）m至50nm的圓環(huán)面為第n區(qū)，…．現(xiàn)測(cè)得第1區(qū)火山灰平均每平方米為1t、第2區(qū)每平方米火山灰的平均重量較第1區(qū)減少2%、第3區(qū)較第2區(qū)又減少2%，…，以此類推．
（1）若第n區(qū)每平方米火山灰的重量為a_nkg，請(qǐng)寫出a_n的表達(dá)式；
（2）第幾區(qū)內(nèi)的火山灰總重量最大？
（3）該火山前n區(qū)這次噴發(fā)出的火山灰的總重量為多少萬噸？

Answer 1

分析：（1）由題意可知a_n=1000（1-2%）^n-1=1000（1-0.02）^n-1（n∈N^*）；
（2）設(shè)第n區(qū)內(nèi)的面積為b_nm²，第n區(qū)火山灰總重量最大，則

π 4 (2n-1)(0.98)n-1≥ π 4 (2n-3)(0.98)n-2 π 4 (2n-1)(0.98)n-1≥ π 4 (2n+1)(0.98)n

解得第50區(qū)火山灰的總重量最大．
（3）設(shè)該火山前n區(qū)這次噴發(fā)出的火山灰的總重量為S_n萬噸．S n=

π

4

+

3π

4

q+

5π

4

q2++

(2n-1)π

4

qn-1.qSn=

π

4

q+

3π

4

q2+

5π

4

q3++

(2n-1)π

4

qn再由錯(cuò)位相減可知該火山前n區(qū)這次噴發(fā)出的火山灰的總重量．

解答：解：（1）a_n=1000（1-2%）^n-1=1000（1-0.02）^n-1（n∈N^*）；
（2）設(shè)第n區(qū)內(nèi)的面積為b_nm²，
則b_n=π50²n²-π50²（n-1）²=2500π（2n-1）．
則第n區(qū)內(nèi)火山灰的總重量為C_n=a_nb_n=2500π（2n-1）（1-2%）^（n-1）（t）
=

π

4

(2n-1)(0.98)n-1（萬噸）．
設(shè)第n區(qū)火山灰總重量最大，
則

π 4 (2n-1)(0.98)n-1≥ π 4 (2n-3)(0.98)n-2 π 4 (2n-1)(0.98)n-1≥ π 4 (2n+1)(0.98)n

解得49

1

2

≤n≤50

1

2

，∴n=50．
即得第50區(qū)火山灰的總重量最大．
（3）設(shè)該火山前n區(qū)這次噴發(fā)出的火山灰的總重量為S_n萬噸．
S_n=C₁+C₂++C_n，q=1-0.02，
則S n=

π

4

+

3π

4

q+

5π

4

q2++

(2n-1)π

4

qn-1.①
∴qSn=

π

4

q+

3π

4

q2+

5π

4

q3++

(2n-1)π

4

qn．②
①-②得(1-q)Sn=

π

4

+

π

2

(q+q2++qn-1)-

(2n-1)π

4

qn．
∴Sn=

π

4(1-q)

+

πq(1-qn-1)

2(1-q)2

-

(2n-1)π

4(1-q)

qn．
該火山前n區(qū)這次噴發(fā)出的火山灰的總重量為

π

4(1-q)

+

πq(1-qn-1)

2(1-q)2

-

(2n-1)π

4(1-q)

qn萬噸．

點(diǎn)評(píng)：本題考查數(shù)列性質(zhì)的綜合運(yùn)用，解題時(shí)要認(rèn)真審題．仔細(xì)計(jì)算．