高中数列中的“整解”问题例析 高中数列问题

时间:2019-01-18 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  近几年来,数列的命题呈现这样一个特点:基于等差数列、等比数列,用抽取或叠加的方式产生“子数列”,考查推理论证能力.试题难度都比较大,不少都涉及初等数论知识.本文就数列中“整解”问题略举几例,与大家共同归纳总结,以期寻求到解决此类问题的钥匙.
  一、从整数的整除性探究存在性
  例1 (2009江苏高考)设{a??n?}是公差不为零的等差数列,S??n?为其前n项和,满足a??2???2?+a因此,2??n-1?-m+1≠0,①式可化为b=2+t2??n-1?+m+1,
  由于2??n-1?-m+1可取到一切正整数,且b≥3,故要至少有三个b,使得a??m?+t=b??n?(t∈N)成立,
  必须使整数2+t至少有三个大于或等于3的不同的因数,故满足条件的最小整数为12,即t的最小值为10,此时b=3,4,6或12.
  点评:要探究b的存在性,需要先将b表达出来.
  
  例3 已知数列{c??n?}的通项公式是c??n?=nn+2011,对于任意给定的正整数k,
  是否存p,q∈N?*在使得c??k?=c??p?•c??q??
  若存在,求出p,q的值(只要求写出一组即可);若不存在,说明理由.
  解析:假设存在p,q,满足c??k?=c??p?•c??q?,则
  kk+2011=pp+2011•qq+2011
  ,取倒数,得k+2011k=p+2011p•q+2011q
  即1+2011k=1+2011p+2011q+2011×2011pq
  整理,得q=k(p+2011)p-k
  取p=k+1,则q=k(k+2012).
  (也可以取p=2k,q=2k+2011.)
  点评:(1)要探究的p,q存在性,需要先将p或q表达出来;(2)本题中k是“给定的”,作为已知常数,而不能理解为关于k的恒等式.
  
  即存在m=2,n=12时,a??1?,a??m?,a??n?成等比数列.
  可以看出,数列中的“整解”问题,通常围绕数列通项与求和问题展开,利用初等数论知识探究存在性.常从等式两边的符号,奇偶性角度寻找矛盾来否定存在性,或从约数和倍数的角度进行合理的因数分解或因式分解,构造等量关系来肯定存在性.有时需要我们综合多种途径解决问题.最后让我们一起来赏析这样一例.
  
  例7 下述数阵称为“森德拉姆筛”,记为S.其特点是每行每列都是等差数列,第i行第j列的数记为A??ij?.
  1 4 7 10 13 …?
  4 8 12 16 20 …?
  7 12 17 22 27 …?
  10 16 22 28 34 …?
  13 20 27 34 41 …?
  … … … … … …
  (1)证明:存在常数C∈N?*,对任意的正整数i,j,A??ij?+C总是合数;
  (2)设S中主对角线上的数1,8,17,28,41,…组成数列{b??n?}.
  试证:不存在正整数k和m(1<k<m),使得b??1?,b??k?,b??m?成等比数列;
  (3)对于(2)中的数列{b??n?},是否存在正整数p和r (1<r<p<150),使得b??1?,b??r?,b??p?成等差数列.
  若存在,写出p,r的一组解(不必写出推理过程);若不存在,请说明理由.
  解析:(1)因为第一行数组成的数列{A??1j?}(j=1,2,3,…)是以1为首项,公差为3的等差数列,所以A??1j?=1+(j-1)×3=3j-2,
  第二行数组成的数列{A??2j?}(j=1,2,3,…)是以4为首项,公差为4的等差数列,
  所以A??2j?=4+(j-1)×4=4j
  所以A??2j?-A??1j?=4j-(3j-2)=j+2,
  所以第j列数组成的数列{A??ij?}(i=1,2,3,…)是以3j-2为首项,公差为j+2的等差数列,
  所以A??ij?=3j-2+(i-1)×(j+2)
  =ij+2i+2j-4
  =(i+2)(j+2)-8
  故A??ij?+8=(i+2)(j+2)是合数.
  所以当C=8时,对任意正整数i,j,A??ij?+C总是合数.
  (2)(反证法)假设存在k、m,1<k<m,使得b??1?,b??k?,b??m?成等比数列,即b??2???k?=b??1?b??m?
  ∵b??n?=A??nn?=(n+2)??2?-8,
  ∴1×[(m+2)??2?-8]=[(k+2)??2?-8]??2?,
  得(m+2)??2?-[(k+2)??2?-8]??2?=8,
  即[(m+2)+(k+2)??2?-8][(m+2)-(k+2)??2?+8]=8,
  又∵1<k<m,且k,m∈N?*
  ∴k≥2,m≥3,
  进而(m+2)+(k+2)??2?-8≥5+16-8=13,
  ∴(m+2)-(k+2)??2?+8∈(0,1),
  这与(m+2)-(k+2)??2?+8∈Z矛盾,
  所以不存在正整数k和m(11,
  不成立,这样的三角形不存在.
  点评:条件或结论开放性问题,应发散自己的思维,结合所学的知识点进行分析,从而可寻找出所要补的条件和能得出的结论.

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