每日一题[3556]举高高

2024年浙江杭州高三一模数学试题 #19

已知正项有穷数列 A:a1,a2,,aNN3),设 T={xx=ajai,1i<jN},记 T 的元素个数为 P(T)

(1)若数列 A:1,2,4,16,求集合 T,并写出 P(T) 的值;

(2)若 A 是递增数列或递减数列,求证:" P(T)=N1 " 的充要条件是 " A 为等比数列";

(3)若 N=2n+1,数列 A2,4,8,,2n,4nn+1 个数组成,且这 n+1 个数在数列 A 中每个至少出现一次,求 P(T) 的取值个数.

解析

(1)根据题意,有T=1i<N{xx=ajai,i<jN}={2,4,16}{2,8}{4}={2,4,8,16},

进而 P(T)=4

(2)充分性    当 A 为等比数列时,有T=1i<N{xx=ajai,i<jN}=1i<N{q,q2,,qNi},

于是 P(T)=N1

必要性    根据集合 T 的定义,有{xx=aja1,1<jN}T{a2a1,a3a1,,aNa1}T{a2a1,a3a1,,aNa1}=T,

进而有{a3a2,a4a2,,aNa2}{a2a1,a3a1,,aNa1}{a3a2,a4a2,,aNa2}={a2a1,a3a1,,aN1a1},
因此这两个集合中的元素从小到大依次对应相等,于是an+1a2=ana1an+1an=a2a1,
其中 n=2,3,,N1,因此 A 为等比数列.

综上所述,命题得证.

(3)根据题意,可得T{2kk=0,±1,,±n,,±(2n1),},

因此 P(T)4n1,因为 2,4,8,,2n,4nn+1 个数在数列 A 中均至少出现 1 次,此,又 2,4,8,,2n,4nn+1 个数共出现 2n+1 次,所以数列 A 中存在相等的两项,设为 ai=aj=2ti<j),则{2kk=0,±(t1),,±(tn),±(t2n)},
因此 P(T)2n,接下来证明 P(T) 可以取到从 2n4n1 的所有 2n 个整数值,从而证明 P(T) 的取值个数为 2n. 如图,以 n=5 为例.

设数列 A0:21,22,,2n,22n,2n,,22,21,则T={2kk=0,±1,,±n,,±(2n1)},

此时 P(T)=4n1. 现对数列 A0 分别作如下变换: 把前面的 2n 移动到 22n 和后面的 2n 之间,得到数列:21,22,,2n1,22n,2n,2n,,21,
此时T={1,21,22,23,,2n1,2n+1,,22n1,21,22,,2n,,212n},
此时 P(T)=4n2. 再把前面的 2n1 移动到后面的 2n12n 之间,得到数列:21,22,,2n2,22n,2n,2n,2n1,2n1,,21,
此时T={1,21,22,23,,2n1,2n+2,,22n1,21,22,,2n,,212n},
此时 P(T)=4n3. 依此类推,最后把前面的 21 移到最后一项,得到数列An:22n,2n,2n,2n1,2n1,,21,21,
此时T{1,21,22,,2n,,212n},
此时 P(T)=2n

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