每日一题[1295]局部等差数列

已知数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_1=1$ 且 $a_{n}=a_{n-1}+a_{\left[\frac n2\right]}$($n\geqslant 2$),求证:数列 $\{a_n\}$ 中有无穷多个 $7$ 的倍数.

解析    先计算数列的前几项:\[\begin{array}{c|cccccccccc}\hline n&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10\\ \hline a_n&1&2&3&5&7&10&13&18&23&30\\ \hline \end{array}\]因此数列 $\{a_n\}$ 中有 $7$ 的倍数.假设数列 $\{a_n\}$ 中 $7$ 的倍数是有限个,则必然存在最后一个 $7$ 的倍数,设为 $a_m$.根据题意,有\[a_{2m}-a_{2m-1}=a_{2m+1}-a_{2m}=a_m,\]于是\[a_{2m-1}\equiv a_{2m}\equiv a_{2m+1}\pmod 7.\]

情形一    $7\mid a_{2m}$,则与 $a_m$ 是最后一个 $7$ 的倍数矛盾.

情形二    $a_{2m-1}\equiv p\pmod 7$ 且 $p\ne 0$.注意到数列 $\{a_n\}$ 为\[1,1+a_1,1+a_1+a_1,1+a_1+a_1+a_2,1+a_1+a_1+a_2+a_2,\cdots,\]也即\[a_{2k+1}=1+a_1+a_1+a_2+a_2+\cdots+a_k+a_k,\]当 $k=2m-2$ 时,有\[a_{4m-3}=1+a_1+a_1+a_2+a_2+\cdots+a_{2m-2}+a_{2m-2},\]此时\[\begin{split} a_{4m-2}&=a_{4m-3}+a_{2m-1},\\ a_{4m-1}&=a_{4m-2}+a_{2m-1},\\ a_{4m}&=a_{4m-1}+a_{2m},\\ a_{4m+1}&=a_{4m}+a_{2m},\\ a_{4m+2}&=a_{4m+1}+a_{2m+1},\\ a_{4m+3}&=a_{4m+1}+a_{2m+1},\end{split}\]于是\[a_{4m-3},a_{4m-2},\cdots,a_{4m+3}\]是模 $7$ 的一个完全剩余系,其中必然存在 $7$ 的倍数,与 $a_m$ 是最后一个 $7$ 的倍数矛盾. 综上所述,命题得证.

 

此条目发表在每日一题分类目录,贴了标签。将固定链接加入收藏夹。

发表评论