每日一题[4051]万马奔腾

已知数列 $\left\{a_n\right\}$ 的首项 $a_1=1$,$ a_{n+1}=\begin{cases} a_n-n, & a_n>n, \\ a_n+n, & a_n \leqslant n,\end{cases}$ 将所有满足 $a_k=100$ 的正整数 $k$ 从小到大排列得到数列 $\{b_n\}$,则(       )

A.存在无穷多项 $a_n$,使得 $a_n=n$

B.对于任意正整数 $m$,存在 $n$,使得 $a_n=m$

C.数列 $\left\{b_n\right\}$ 的最小项不小于 $100$

D.不存在 $m$,使得 $\left\{b_n-m\right\}$ 是等比数列

答案    ABD.

解析    对于选项 $\boxed{A}$,在之前的问题 $^{[1]}$ 中,我们得到了满足 $a_n=n$ 的项号构成数列 $\{r_n\}$,其中 $r_1=1$,$r_{n+1}=3r_n-1$,于是选项正确;

对于选项 $\boxed{B}$,在之前问题的基础上,可以得到在 $r_k$ 和 $r_{k+1}$ 的项为 $1,2,\cdots,r_k$ 以及 $r_{k+1}-r_k+1,\cdots,r_{k+1}-1,r_{k+1}$,因此任何正整数都会在数列中出现,选项正确;

对于选项 $\boxed{C}$,考虑到 $r_n:1,2,5,14,41,122,\cdots$,第一个满足 $a_k=100$ 的项号是\[122-(122-100)\cdot 2=78<100,\]选项错误;

对于选项 $\boxed{D}$,当 $n$ 很大时,每段中那些较大的数不再能取到 $100$,而每段中那些较小数能取到 $100$,且为第 $r_{k+1}-199$ 项,因此数列 $\{b_n\}$ 从某项开始与公比为 $3$ 的等比数列相差一个常数(但之前的项不满足),进而选项正确;

综上所述,正确的选项为 $\boxed{A}$ $\boxed{B}$ $\boxed{D}$.


$[1]$ 2017年全国高中数学联赛 A 卷(二试)#2.

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