(15分)已知$Q:a_{1}$,$a_{2}$,$\ldots$,$a_{k}$为有穷整数数列.给定正整数$m$,若对任意的$n\in \{1$,2,$\ldots$,$m\}$,在$Q$中存在$a_{i}$,$a_{i+1}$,$a_{i+2}$,$\ldots$,$a_{i+j}(j\geqslant 0)$,使得$a_{i}+a_{i+1}+a_{i+2}+\ldots +a_{i+j}=n$,则称$Q$为$m-$连续可表数列. (Ⅰ)判断$Q:2$,1,4是否为$5-$连续可表数列?是否为$6-$连续可表数列?说明理由; (Ⅱ)若$Q:a_{1}$,$a_{2}$,$\ldots$,$a_{k}$为$8-$连续可表数列,求证:$k$的最小值为4; (Ⅲ)若$Q:a_{1}$,$a_{2}$,$\ldots$,$a_{k}$为$20-$连续可表数列,且$a_{1}+a_{2}+\ldots +a_{k} < 20$,求证:$k\geqslant 7$. 分析:(Ⅰ)直接根据$m-$连续可表数列的定义即可判断; (Ⅱ)采用反证法证明,即假设$k$的值为3,结合$Q$是$8-$连续可表数列的定义推出矛盾,进而得出证明; (Ⅲ)首先$m-$连续可表数列的定义,证明得出$k\geqslant 6$,然后验证$k=6$是否成立,进而得出所证的结论. 解答:解:(Ⅰ)若$m=5$,则对于任意的$n\in \{1$,2,3,4,$5\}$, $a_{2}=1$,$a_{1}=2$,$a_{1}+a_{2}=2+1=3$,$a_{3}=4$,$a_{2}+a_{3}=1+4=5$, 所以$Q$是$5-$连续可表数列; 由于不存在任意连续若干项之和相加为6, 所以$Q$不是$6-$连续可表数列; (Ⅱ)假设$k$的值为3,则$a_{1}$,$a_{2}$,$a_{3}$ 最多能表示$a_{1}$,$a_{2}$,$a_{3}$,$a_{1}+a_{2}$,$a_{1}+a_{3}$,$a_{2}+a_{3}$,$a_{1}+a_{2}+a_{3}$,共7个数字, 与$Q$是$8-$连续可表数列矛盾,故$k\geqslant 4$; 现构造$Q:4$,2,1,5可以表达出1,2,3,4,5,6,7,8这8个数字,即存在$k=4$满足题意. 故$k$的最小值为4. (Ⅲ)先证明$k\geqslant 6$. 从5个正整数中,取一个数字只能表示自身,最多可表示5个数字, 取连续两个数字最多能表示4个数字,取连续三个数字最多能表示3个数字, 取连续四个数字最多能表示2个数字,取连续五个数字最多能表示1个数字, 所以对任意给定的5个整数,最多可以表示$5+4+3+2+1=15$个正整数,不能表示20个正整数,即$k\geqslant 6$. 若$k=6$,最多可以表示$6+5+4+3+2+1=21$个正整数, 由于$Q$为$20-$连续可表数列,且$a_{1}+a_{2}+\ldots +a_{k} < 20$, 所以其中必有一项为负数. 既然5个正整数都不能连续可表$1-20$的正整数, 所以至少要有6个正整数连续可表$1-20$的正整数, 所以至少6个正整数和一个负数才能满足题意, 当$k=7$时,数列1,2,4,5,8,$-2$,$-1$满足题意, 当$k > 7$时,数列1,2,4,6,8,$-2$,$-1$,$a_{k}=\cdot \cdot \cdot =a_{n}=0$,所以$k\geqslant 7$符合题意, 故$k\geqslant 7$. 点评:本题考查数列的新定义,考查学生的逻辑思维能力和运算能力,属中档题.
|