【題目】對于無窮數(shù)列{an},記T={x|x=aj﹣ai,i<j},若數(shù)列{an}滿足:“存在t∈T,使得只要am﹣ak=t(m,k∈N*,m>k),必有am+1﹣ak+1=t”,則稱數(shù)列具有性質(zhì)P(t).

(1)若數(shù)列{an}滿足 ,判斷數(shù)列{an}是否具有性質(zhì)P(2)?是否具有性質(zhì)P(4)?說明理由;

(2)求證:“T是有限集”是“數(shù)列{an}具有性質(zhì)P(0)”的必要不充分條件;

(3)已知{bn}是各項均為正整數(shù)的數(shù)列,且{bn}既具有性質(zhì)P(2),又具有性質(zhì)P(5),求證:存在正整數(shù)N,使得aN,aN+1,aN+2,…,aN+K,…是等差數(shù)列.

【答案】(1)見解析; (2)見解析; (3)見解析.

【解析】

(1)由,可得a2﹣a1=2,但a3﹣a2=﹣1≠2,數(shù)列{an}不具有性質(zhì)P(2);同理可判斷數(shù)列{an}具有性質(zhì)P(4);

(2)舉例周期數(shù)列1,1,2,2,1,1,2,2,…,T={﹣1,0,1}是有限集,利用新定義可證數(shù)列{an}不具有性質(zhì)P(0),即不充分性成立;再證明其必要性即可;

(3)依題意,數(shù)列{bn}是各項為正整數(shù)的數(shù)列,且{bn}既具有性質(zhì)P(2),又具有性質(zhì)P(5),可證得存在整數(shù)N,使得bN,bN+1,bN+2,…,bN+k,…是等差數(shù)列.

(1)∵,

a2﹣a1=2,但a3﹣a2=﹣1≠2,數(shù)列{an}不具有性質(zhì)P(2);

同理可得,數(shù)列{an}具有性質(zhì)P(4).

(2)證明:(不充分性)對于周期數(shù)列1,1,2,2,1,1,2,2,…,

T={﹣1,0,1}是有限集,但是由于a2﹣a1=0,a3﹣a2=1,

所以不具有性質(zhì)P(0);

(必要性)因為數(shù)列{an}具有性質(zhì)P(0),

所以一定存在一組最小的且m>k,滿足am﹣ak=0,即am=ak

由性質(zhì)P(0)的含義可得am+1=ak+1,am+2=ak+2,…,a2m﹣k﹣1=am﹣1,a2m﹣k=am,…

所以數(shù)列{an}中,從第k項開始的各項呈現(xiàn)周期性規(guī)律:ak,ak+1,…,am﹣1為一個周期中的各項,

所以數(shù)列{an}中最多有m﹣1個不同的項,

所以T最多有個元素,即T是有限集;

(3)證明:因為數(shù)列{bn}具有性質(zhì)P(2),數(shù)列{bn}具有性質(zhì)P(5),

所以存在M′、N′,使得bM'+p﹣bM'=2,bN'+q﹣bN'=5,

其中p,q分別是滿足上述關系式的最小的正整數(shù),

由性質(zhì)P(2),P(5)的含義可得,bM'+p+k﹣bM'+k=2,bN'+q+k﹣bN'+k=5,

若M'<N',則取k=N'﹣M',可得bN'+p﹣bN'=2;

若M'>N',則取k=M'﹣N',可得bM'+q﹣bM'=5.

記M=max{M',N'},則對于bM,有bM+p﹣bM=2,bM+q﹣bM=5,顯然p≠q,

由性質(zhì)P(2),P(5)的含義可得,bM+p+k﹣bM+k=2,bN+q+k﹣bN+k=5,

所以bM+qp﹣bM=(bM+qp﹣bM+(q﹣1)p)+(bM+(q﹣1)p﹣bM+(q﹣2)p

+…+(bM+p﹣bM)=2qbM+qp﹣bM=(bM+pq﹣bM+(p﹣1)q)+

(bM+(p﹣1)q﹣bM+(p﹣2)q)+…+(bM+q﹣bM)=5p

所以bM+qp=bM+2q=bM+5p.

所以2q=5p,

又p,q是滿足bM+p﹣bM=2,bM+q﹣bM=5的最小的正整數(shù),

所以q=5,p=2,bM+2﹣bM=2,bM+5﹣bM=5,

所以,bM+2+k﹣bM+k=2,bM+5+k﹣bM+k=5,

所以,bM+2k=bM+2(k﹣1)+2=…=bM+2k,bM+5k=bM+5(k﹣1)+5=…=bM+5k,

取N=M+5,

若k是偶數(shù),則bN+k=bN+k;

若k是奇數(shù),則bN+k=bN+5+(k﹣5)=bN+5+(k﹣5)=bN+5+(k﹣5)=bN+k,

所以,bN+k=bN+k,

所以bN,bN+1,bN+2,…,bN+k,…是公差為1的等差數(shù)列

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