冷启动:先把框图翻成一句人话
框图的顺序是:
k=2 ⟶ k→k+1 ⟶ a=4k ⟶ b=k4 ⟶ 判断 a>b ?
判断为「否」就回到自增框再来一圈,为「是」才输出 k。三个细节先钉死:
- 先自增,再算 a、b。初值 k=2 从来没参与过计算,第一圈算的是 k=3。
- 判断在循环体的末尾,所以每一圈都至少把 a、b 算一遍。
- 退出条件是严格的 a>b,相等不算——这一条是本题唯一的坑。
于是整张框图问的就是一句话:
从 k=3 开始,第一个使 4k>k4 的正整数 k 是几?

解法一:照框图逐圈填表——三圈就到底
选择题里这是最省心的走法:开一张表,一圈一行,写满就走。
填表前先把「谁会被检验」说清楚:初值 k=2 进来后,第一件事是自增,所以判断框看到的 k 依次是 3,4,5,…——k=1、k=2 从来没有进过判断框,它们满不满足 a>b 与输出无关。
| 圈次 | k | a=4k | b=k4 | a>b? |
|---|
| 第 1 圈 | 3 | 43=64 | 34=81 | 64>81 否 → 再循环 |
| 第 2 圈 | 4 | 44=256 | 44=256 | 256>256 否 → 再循环 |
| 第 3 圈 | 5 | 45=1024 | 54=625 | 是 → 退出 |
退出时 k=5,输出 5。
第二行是全题的分水岭。 k=4 时两边都是 256——4 的 4 次方和 4 的 4 次方,
当然相等。此时 a>b 不成立(严格大于要求真的大),所以必须再走一圈。
把这里读成「a≥b」的人会在这一步停下,答 4。
解法二:取对数——把 4k 与 k4 的胜负交给 xlnx
不想一个个试,就把比较做成一个函数问题。判断框只看 k=3,4,5,…,这些 k 都满足 k>1,
所以 4k>0、k4>0,两边可以取自然对数;ln 在 (0,+∞) 上严格递增,
取对数是等价变形:
4k>k4⟺ln(4k)>ln(k4)⟺kln4>4lnk.
再把两边同除以 4k。因为 k≥3>0,4k>0,除以正数不改变不等号方向,仍是等价的:
kln4>4lnk⟺4ln4>klnk.
于是只剩一个函数:g(x)=xlnx(x>0)。求导
g′(x)=x21−lnx,
所以 g 在 (0,e) 上递增、在 (e,+∞) 上递减,最大值在 x=e≈2.718 处。
把 k=3,4,5 逐个和 g(4) 比:
- k=3:3 与 4 都 >e≈2.718,同在递减段上,且 3<4,故 g(3)>g(4),
即 4ln4<3ln3——恰与所需的 4ln4>klnk 相反,
故 43<34(数值上 64<81),判定为否。
- k=4:此时 g(k)=g(4),取到的是等号而非严格大于,即 44=44,判定仍为否。
- k=5:5>4>e,递减段上 g(5)<g(4),即 4ln4>5ln5,
故 45>54(数值上 1024>625)成立,退出。
而且由单调性可知:k≥5 以后 g(k) 只会更小,4k>k4 一直成立。
「第一个」指的是循环访问到的那串 k 里的第一个:判断框只看 k=3,4,5,…,
其中 3 否、4 否(相等)、5 是,所以在第 3 圈退出,输出 5。
(脱离框图单看正整数,k=1 也满足 41>14,但框图从来不检验 k=1。)
这条路顺带解释了一件怪事:g(2)=2ln2=42ln2=4ln4=g(4),
两个不同的数取到同一个函数值,对应的正是 24=42。y=4x 与 y=x4 的两个交点
x=2、x=4 就是这么来的,教学图上看得清清楚楚。
解法三:看每圈涨几倍——追平之后 a 每圈乘 4,b 连 2.5 都不到
这条路不用导数,只用一次放缩,而且抓住了「指数最终一定跑赢幂」的物理直觉。
从第 2 圈的平局 a=b=256 出发,看下一圈各自涨几倍:
4k4k+1=4,k4(k+1)4=(1+k1)4.
对 k≥4,
(1+k1)4≤(1+41)4=(45)4=256625<2561024=4.
所以从 k=4 往后,每走一圈 a 乘 4、b 至多乘 256625≈2.44。
两边在 k=4 打平,下一圈 a 就必然反超:
b5a5=b4a4⋅(5/4)44=1×6251024>1.
再把这一圈之前的两圈补上:判断框看到的第一个 k 是 3(初值 2 先自增),
43=64<81=34,判定为否;第二个是 k=4,256=256,因为退出条件是严格的 a>b,
判定仍为否。所以循环确实走到了 k=5 才第一次满足 a>b,输出 5。
(而且这个比值此后每圈还要再乘 >1.6,差距只会越拉越大,不必担心后面又被追回去。)
三条路怎么选
- 解法一是考场答案:三行表格,半分钟。填空题只要结果,别的都是多余动作。
- 解法二告诉你为什么是 5 而不是别的:xlnx 这一个函数同时解释了
「k=3 输」「k=4 平」「k≥5 一直赢」三件事,也解释了 24=42 这个巧合。
换成 a=3k、b=k3 之类的变式,这条路照样能一次答完。
- 解法三是不带导数工具时的替代品:一次比值放缩就锁死了「追平之后不会再被反超」,
论证短、也最贴近「指数终究跑赢幂函数」的直觉。
易错
- 在 k=4 那圈提前退出。44=44 是相等,而判断框写的是严格的 a>b,
必须再循环一次。这是本题设计出来的唯一陷阱。
- 忘了先自增。若误以为第一圈算的是初值 k=2(a=16、b=16,也是相等),
整张表会整体错位一行,答案会写成 4
(详见易错点「循环次数和计数器读岔一步」)。
- 把 4k=k4 的解只当成 k=4。这个方程在正整数里有两个解 k=2 与 k=4,
这正是两条曲线有两个交点的原因;只记住「指数底数与幂指数相同才相等」会漏掉 k=2
(详见易错点「幂互换相等就当成两数相等」)。
- 以为指数一开始就赢。在 2<k<4 这一段其实是幂函数 k4 在上(k=3 时 81>64),
指数只是最终必胜;「指数增长快」是渐近的说法,不能当成逐点成立的结论。
- 原卷第三圈把 54 印成了 54(上标掉了)。这是印刷错误,正确值是 625;
本站的校订层照原样保留,判定用的是算出来的 625。