Question

【題目】設(shè)數(shù)組，，，數(shù)稱為數(shù)組的元素．對于數(shù)組，規(guī)定：

①數(shù)組中所有元素的和為；

②變換，將數(shù)組變換成數(shù)組，其中表示不超過的最大整數(shù)；

③若數(shù)組，則當(dāng)且僅當(dāng)時，．

如果對數(shù)組中任意個元素，存在一種分法，可將其分為兩組，每組個元素，使得兩組所有元素的和相等，則稱數(shù)組具有性質(zhì)．

（Ⅰ）已知數(shù)組，，計算，，并寫出數(shù)組是否具有性質(zhì)；

（Ⅱ）已知數(shù)組具有性質(zhì)，證明：也具有性質(zhì)；

（Ⅲ）證明：數(shù)組具有性質(zhì)的充要條件是．

Answer 1

【答案】（Ⅰ）數(shù)組是具有性質(zhì)，數(shù)組不具有性質(zhì)．（Ⅱ）證明見解析（Ⅲ）證明見解析

【解析】

（Ⅰ）根據(jù)題意，即可容易得，則可判斷；

（Ⅱ）對都為奇數(shù)和都為偶數(shù)，結(jié)合性質(zhì)的定義，即可證明；

（Ⅲ）從充分性和必要性上，結(jié)合（Ⅱ）中所求，即可證明.

（Ⅰ），；

數(shù)組是具有性質(zhì)，數(shù)組不具有性質(zhì)．

（Ⅱ）證明：當(dāng)元素均為奇數(shù)時，

因為，，所以．

對中任意個元素，不妨設(shè)為．

因為數(shù)組具有性質(zhì)，所以對于，

存在一種分法：將其分為兩組，每組個素，使得各組內(nèi)所有元素之和相等．

如果用替換上述分法中的（），

就可以得到對于的一種分法：

將其分為兩組，每組個元素，顯然各組內(nèi)所有元素之和相等．

所以此時也具有性質(zhì)．

當(dāng)元素均為偶數(shù)時，

因為，，所以．

對中任意個元素，不妨設(shè)為．

因為數(shù)組具有性質(zhì)，所以對于，

存在一種分法：將其分為兩組，每組個元素，使得各組內(nèi)所有元素之和相等．

如果用替換上述分法中的（），

就可以得到對于的一種分法：

將其分為兩組，每組個元素，顯然各組內(nèi)所有元素之和相等．

所以此時也具有性質(zhì)．

綜上所述，由數(shù)組具有性質(zhì)可得也具有性質(zhì)．

（Ⅲ）證明：（1）充分性：顯然成立．

（2）必要性：

因為數(shù)組具有性質(zhì)，所以對于數(shù)組中任意個元素，存在一種分法：

將個元素平均分成2組，并且各組內(nèi)所有元素之和等于同一個正整數(shù)，

所以均為偶數(shù)，從而元素的奇偶性相同．

由（Ⅱ）可知，如果數(shù)組具有性質(zhì)，

那么仍具有性質(zhì)．

又因為，當(dāng)為奇數(shù)時，

，當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立，

當(dāng)為偶數(shù)時，

，

由此得到的充要條件是．

易知，

當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立．

即，當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立．

令，，．

假設(shè)對于任意的，有，則，

又，，得，即．

得 ，…，

，

所以，且單調(diào)遞減．

又因為，矛盾．

所以存在，有．

又由結(jié)論1，得此時．

上述過程倒推回去，

因為數(shù)組均具有性質(zhì)，即數(shù)組中元素

的奇偶性相同，可得數(shù)組中的所有元素都相同，

所以，數(shù)組中的元素均相同，即．