Cho hình vuông ABCD có cạnh bằng a. Người ta dựng hình vuông A1B1C1D1 có cạnh bằng 1/2 đường chéo của hình vuông ABCD, dựng hình vuông A2B2C2D2 có cạnh bằng 1/2 đường chéo của hình vuông A1B1C1D1 và cứ tiếp tục như vậy. Giả sử cách dựng trên có thể tiến ra vô hạn. Nếu tổng diện tích của tất cả hình vuông ABCD,A1B1C1D1,A2B2C2D2,... bằng 8 thì a bằng bao nhiêu?
Xét dãy số \(u_n=S_{A_nB_nC_nD_n}\). Ta có \(u_1=a^2\)
Ta xét hình vuông có cạnh \(x\) (diện tích là \(x^2\)). Khi đó nửa độ dài đường chéo của hình vuông này sẽ là \(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\). Khi đó diện tích của hình vuông mới là \(\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2=\dfrac{x^2}{2}\) bằng 1 nửa diện tích hình vuông ban đầu. Như vậy, ta có mối quan hệ truy hồi: \(u_{n+1}=2u_n\). Dễ thấy đây là một cấp số nhân.
Ta có \(\left(u_n\right):\left\{{}\begin{matrix}u_1=a^2\\u_{n+1}=2u_n\end{matrix}\right.\)
\(\Rightarrow S_n=\sum\limits^{\infty}_{i=1}u_i=a^2\left(\sum\limits^{\infty}_{i=0}\dfrac{1}{2^i}\right)=2a^2\)
(Đẳng thức quen thuộc \(\sum\limits^{\infty}_{i=0}\dfrac{1}{2^i}=2\))
Cho \(S_n=8\) \(\Rightarrow2a^2=8\Leftrightarrow a=2\).
Vậy \(a=2\) thỏa mãn ycbt.
