题目内容
【题目】给定数列,若数列
中任意(不同)两项之和仍是该数列中的一项,则称该数列是“封闭数列”.
(1)已知数列的通项公式为
,试判断
是否为封闭数列,并说明理由;
(2)已知数列满足
且
,设
是该数列
的前
项和,试问:是否存在这样的“封闭数列”
,使得对任意
都有
,且
,若存在,求数列
的首项
的所有取值;若不存在,说明理由;
(3)证明等差数列成为“封闭数列”的充要条件是:存在整数
,使
.
【答案】(1)不是;见解析(2)或
;(3)证明见解析
【解析】
(1)数列不为封闭数列.由
,2时,
,可得
,
,可得
,即可得出结论.
(2)数列满足
且
,可得数列
为等差数列,公差为2.
.又
是“封闭数列”,得:对任意
,
,必存在
使
,得
,故
是偶数,又由已知,
,故
,可得
.
(3)要证明充分必要条件的问题,本题需要从两个方面来证明,一是证明充分性,二是证明必要性,证明时注意所取得数列的项来验证时,项要具有一般性.
解:(1)数列不为封闭数列.
∵,2时,
,
,
可得,
,∴
,因此
不是封闭数列.
(2)数列满足
且
,
∴数列是以2为公差的等差数列,则
.
又是“封闭数列”,
∴对任意,
,必存在
使
,
得,故
是偶数,
又由已知,,故
,可得:
,
可得或
或
,
经过验证可得:或
.
(3)证明:(必要性)若存在整数,使
,则任取等差数列的两项
,
,
于是,
由于,
,
为正整数,
,
是封闭数列.
(充分性)任取等差数列的两项,
,若存在
使
,
则,
故存在,使
,
下面证明.
当时,显然成立.
对,若
,则取
,对不同的两项
和
,存在
使
,
即,这与
,
矛盾,
故存在整数,使
.
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