题目内容

【题目】已知是自然数1,2,…,的一个排列,且满足:对任意,均有.

(1)若记为数在排列中所处位置的序号(如排列中,,,,).求证:对每一个满足题意的排列,均有成立.

(2)试求满足题意的排列的个数.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(1)证法一:假设结论不成立,则必存在,,使.

不妨设,,.

首先证明:对任意整数,有.

若不然,设中有小于的,设为使的最小值,

则由的最小性知,.

故由.得.

∴.

又因,故.

∴.矛盾.

故对任意,.

∵是各不相同的自然数,

∴

∴

另一方面,,

∴.

于是,,即,

∴.

这与前面矛盾.故结论成立.

证法二:用数学归纳法证明更强的命题:

对任意,.

、2时,易知命题成立.

设时,命题也成立.

则时,考虑所有的排列,我们从两方面求和.

一方面,,

∴.

另一方面,,

∴.

故,且.

因而,,,…,,

即当时,,,.

而后个数的排列,为满足要求的连续个数的排列,

由归纳假设知,时,也有.

又易知.这样的排列仅有一个,即,同样也有.

故由数学归纳法知命题成立.

(2)显然,.假设,…,均已求出,我们来求.

考虑当时排列的个数.

由(1)证法二知,此时排列的前个数是惟一确定的,

而后个连续自然数的满足题意的排列方法数为.

又对后数的任一满足题意的排列,均有,

故.

又,故.

而,

∴.

故满足题意的排列个数.

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