已知集合 A(n)={k∣1⩽k⩽3n−12,k∈N∗},其中n⩾2 且 n∈N∗.若存在非空集合 S1,S2,⋯,Sn,使得 A(n)=S1∪S2∪⋯∪Sn,且 Si∩Sj=∅(1⩽i<j⩽n),并对任意 x,y∈Si(i=1,2,⋯,n),x>y,都有 x−y∉Si,则称集合 A(n) 具有性质 P,Si(i=1,2,⋯,n)称为集合 A(n) 的 P 子集.
(1)试说明集合 A(2) 具有性质 P,并写出相应的 P 子集 S1,S2;
(2)若集合 A(n) 具有性质 P,集合 T 是集合 A(n) 的一个 P 子集,设 T′={s+3n∣s∈T},求证:任意 x,y∈T∪T′,x>y,都有 x−y∉T∪T′;
(3)求证:对任意正整数 n⩾2,集合 A(n) 具有性质 P.

分析与解 (1)取 S1={1,4},S2={2,3} 即可.
(2)情形一 x,y∈T,则 x−y∉T′,且x−y⩽3n−12−1<3n,
于是 x−y∉T′,符合题意.
情形二 x,y∈T′,则 x−3n,y−3n∈T,于是x−y=(x−3n)−(y−3n)∉T,
且x−y=(x−3n)−(y−3n)⩽3n−12−1<3n,
所以 x−y∉T′,符合题意.
情形三 x∈T′,y∈T,则x−y⩾(3n+1)−3n−12>3n−12,
综上所述,命题得证.
于是 x−y∉T,而 x−3n∈T,于是(x−3n)−y∉T,
进而x−y=(x−3n)−y+3n∉T′,
符合题意.
综上所述,命题得证.
(3)对 n 进行数学归纳.
由第 (1) 小题结果,当 n=2 时,集合 A(n) 具有性质 P.
假设当 n=k(k∈N∗,k⩾2)时,集合 A(n) 具有性质 P,且此时对应的集合为M1,M2,⋯,Mk.
因此当 n=k+1 时集合 A(n) 仍然具有性质 P.
由第 (1) 小题结果,当 n=2 时,集合 A(n) 具有性质 P.
假设当 n=k(k∈N∗,k⩾2)时,集合 A(n) 具有性质 P,且此时对应的集合为M1,M2,⋯,Mk.
则当 n=k+1 时,构造M′i={s+3k∣s∈Mi},i=1,2,⋯,k
且N1=M1∪M′1,N2=M2∪M′2,⋯,Nk=Mk∪M′k,Nk+1=A(k+1)∖k⋃i=1Nk={3k−12+1,3k−12+2,⋯,3k}
则根据第 (2) 小题的结果,对任意 x,y∈Ni(i=1,2,⋯,k),x>y,都有 x−y∉Ni.而对任意 x,y∈Nk+1,x>y,都有x−y⩽3k−(3k−12+1)=3k−12<3k−12+1,
于是 x−y∉Nk+1.
因此当 n=k+1 时集合 A(n) 仍然具有性质 P.
综上所述,原命题得证.