图 1 显示了一个边长为 1 单位的正三角形。移去一个边长为 12\frac{1}{2} 单位的倒置白色正三角形得到图 2。然后从图 2 中移去三个边长为 14\frac{1}{4} 单位的倒置白色正三角形得到图 3。此过程以此类推。

  1. (a)

    用 nn 表示图 nn 中黑色三角形的总个数。

    答案 ...

  2. (b)

    设图 1 的面积为 a units2a\text{ units}^2,用 aa 和 nn 表示图 nn 中黑色三角形的总面积。

    答案 ... units2\text{units}^2

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完整解法

19(a)

1. Identify the sequence for the number of black triangles in each diagram

Diagram 1: 11 black triangle
Diagram 2: 33 black triangles
Diagram 3: 99 black triangles
Diagram 4: 2727 black triangles
Diagram 5: 8181 black triangles

The sequence is 1,3,9,27,81,…1, 3, 9, 27, 81, \dots

2. Deduce the general formula for the $n$-th term

Notice that each term is a power of 33:
Diagram 1: 303^0
Diagram 2: 313^1
Diagram 3: 323^2

For Diagram nn, the power of 33 is n−1n-1.
Number of black triangles =3n−1= 3^{n-1}

答案

3n−13^{n-1}

19(b)

1. Determine the area of black triangles in Diagram 2

Area of Diagram 1 = aa
In Diagram 2, an inverted triangle with side length 12\frac{1}{2} is removed. The area of this removed triangle is (12)2=14\left(\frac{1}{2}\right)^2 = \frac{1}{4} of the original area.
Area of black triangles in Diagram 2 = a−14a=34aa - \frac{1}{4}a = \frac{3}{4}a

2. Generalise the pattern to Diagram $n$

In each subsequent diagram, the area of black triangles is 34\frac{3}{4} of the previous diagram's area.
Area in Diagram 1 = aa
Area in Diagram 2 = a(34)1a\left(\frac{3}{4}\right)^1
Area in Diagram 3 = a(34)2a\left(\frac{3}{4}\right)^2
Area in Diagram nn = a(34)n−1a\left(\frac{3}{4}\right)^{n-1}

答案

a(34)n−1a\left(\frac{3}{4}\right)^{n-1}

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