题目内容
【题目】设
,若无穷数列
满足:对所有整数
,都成立
,则称
“
-折叠数列”.
(1)求所有的实数
,使得通项公式为
的数列
是
-折叠数列;
(2)给定常数
,是否存在数列
,使得对所有
,
都是
-折叠数列,且
的各项中恰有
个不同的值?证明你的结论;
(3)设递增数列
满足
.已知如果对所有
,
都是
-折叠数列,则
的各项中至多只有
个不同的值,证明:
.
【答案】(1)
或
;(2)存在,证明见解析;(3)证明见解析.
【解析】
(1)根据题中所给定义,列方程讨论
的取值可得出结果;
(2)只需列举出例子即可证明,结合定义,数列
的图象有无数条对称轴,可联想三角函数;
(3)结合(2)的结论利用数学归纳法即可证明.
(1)要使通项公式为
的数列
是“
-折叠数列”,只需
.
①当
时,
,显然成立;
②当
时,上式可化为
,则
,
,
.
综上所述,
或
;
(2)对于给定的
,
都是“
-折叠数列”,故数列
的图象有多条对称轴,其中
都是数列
的图象的对称轴,
设
,由
,得对称轴为
,且数列
的周期为
,
满足给定常数
,使得对所有的
,
都是“
-折叠数列”,
是周期数列,且周期为
,在
这个周期内,
为对称轴,
故
对应的项的个数与
对应的项的个数相等,
,
,
在
上单调递增,
,
故
各项中共有
个不同的取值.
综上所述,给定常数
,存在数列
,使得对所有
,
都是“
-折叠数列”,且
的各项中恰有
个不同的取值;
(3)由(2)知,
且
,即
.
故要证原不等式成立,只需证
,只需证
.
①当
时,不等式
显然成立;
②假设当
时,有
成立,
则当
时,
,
故当
时,不等式成立.
综上所述,
.
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