本题导读
本题考查数列新定义。核心在于反证法、归纳推理法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2019年上海卷)数列 有 100 项,。对于任意 ,存在 ,。若 与前 项中某一项相等,则称 具有性质 。
(1)若 ,求 可能的值;
(2)若 不为等差数列,求证: 中存在满足性质 ;
(3)若 中恰有三项具有性质 ,这三项和为 ,使用 表示 。
🔍【思路分析】
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- 理解定义:每一项都是前面某一项加上常数 。如果没有重复(性质 ),那么每一项都必须是前一项加 ,从而构成等差数列。
- 第一问(穷举):根据递推关系逐级计算 的所有可能路径。
- 第二问(逻辑证明):利用逆否命题。证明“若不存在性质 的项,则数列必为等差数列”。通过递推发现,若不产生重复项,则 只能由 加上 得到。
- 第三问(去重求和):若恰有三项重复,意味着去掉这三项后,剩下的 97 项构成了一个公差为 的等差数列。利用等差数列求和公式加上这三项的和 即可。
✅【答案】
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(1) 可能的值为 。
(2)证明见解析。
(3)。
✍【详细解析】
Abstract
(1)解: 已知 。 则 。 可能为 (此时具有性质 )或 。 可能的值:
- 若 ,则 可为 。
- 若 ,则 可为 。 综合得 可能的值为 。
(2)证明: 使用逆否命题证明:若 中不存在满足性质 的项,则 是等差数列。 不存在性质 意味着对于任意 , 与 中的项均不相等。 由题意,。 对于 ,存在 ()。
- 若 ,,这与“不存在性质 ”矛盾。
- 故必有 。 以此类推,假设 成立,对于 : 存在 ()。 若 ,则 ,产生性质 ,矛盾。 故必有 。 所以 是以 为首项, 为公差的等差数列。 原命题得证。
(3)解: 将数列中具有性质 的三项去掉,剩下 97 项形成新数列 。 根据(2)的推理,若 中不再含有性质 的项,则 必为等差数列。 且其首项 ,公差为 。 这 97 项的和为: 。 由于被去掉的三项之和为 , 则原数列 100 项之和为: 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 新定义拆解:性质 本质上是数列项的“重复性”。
- 等差数列的本质:等差数列是该递推规则下“最节约”空间(不产生重复)的一种排列方式。
- 数学建模思想:第三问的难点在于意识到去掉重复项后,剩下的序列必须保持“步进”状态才能满足总项数的要求。
📖【试题探源与推广】
Tip
在 Obsidian 笔记中,可以归纳此类“存在性证明”的套路:
- 正面硬刚:直接构造出满足条件的项。
- 反求诸己:证明其逆否命题或使用反证法(如本题)。
- 鸽巢原理:若项数多于取值范围,则必有重复(性质 )。
🔗【关联脉络】
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