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2024年高考数学北京15

  2024-08-28 22:32:50  

(5分)已知$M=\{k\vert a_{k}=b_{k}\}$,$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$不为常数列且各项均不相同,下列正确的是____.
①$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$均为等差数列,则$M$中最多一个元素;
②$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$均为等比数列,则$M$中最多三个元素;
③$\{a_{n}\}$为等差数列,$\{b_{n}\}$为等比数列,则$M$中最多三个元素;
④$\{a_{n}\}$单调递增,$\{b_{n}\}$单调递减,则$M$中最多一个元素.
分析:根据散点图的特征可判断①④的正误,举出反例可判断②的正误,由通项公式的特征以及反证法,即可判断③的正误.
解:对于①,$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$均为等差数列,$M=\{k\vert a_{k}=b_{k}\}$,$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$不为常数列且各项均不相同,
故它们的散点图分布在直线上,而两条直线至多有一个公共点,
所以$M$中至多一个元素,故①正确;
对于②,令$a_n=2^{n-1}$,$b_n=-(-2)^{n-1}$,满足$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$均为等比数列,
但当$n$为偶数时,$a_n=2^{n-1}=b_n=-(-2)^{n-1}$,此时$M$中有无穷多个元素,故②错误;
对于③,设$b_n=Aq^n(Aq\ne 0,q\ne \pm 1)$,$a_{n}=kn+b(k\ne 0)$,
若$M$中至少四个元素,则关于$n$的方程$Aq^{n}=kn+b$至少有4个不同的正数解,
若$q < 0$,$q\ne \pm 1$,考虑关于$n$的方程$Aq^{n}=kn+b$奇数解的个数和偶数解的个数,
当$Aq^{n}=kn+b$有偶数解,此方程即为$A\vert q\vert ^{n}=kn+b$,
方程至多有两个偶数解,且有两个偶数解时$Ak\ln \vert q\vert  > 0$,
否则$Ak\ln \vert q\vert  < 0$,因为$y=A\vert q\vert ^{n}$,$y=kn+b$单调性相反,
方程$A\vert q\vert ^{n}=kn+b$至多一个偶数解,
当$Aq^{n}=kn+b$有奇数解,此方程即为$-A\vert q\vert ^{n}=kn+b$,
方程至多有两个奇数解,且有两个奇数解时$-Ak\ln \vert q\vert  > 0$,即$Ak\ln \vert q\vert  < 0$,
否则$Ak\ln \vert q\vert  > 0$,
因为$y=-A\vert q\vert ^{n}$,$y=kn+b$单调性相反,
方程$A\vert q\vert ^{n}=kn+b$至多一个奇数解,
因为$Ak\ln \vert q\vert  > 0$,$Ak\ln \vert q\vert  < 0$不可能同时成立,
若$q > 0$,$q\ne 1$,
则由$y=Aq^{n}$和$y=kn+b$的散点图可得关于$n$的方程$Aq^{n}=kn+b$至多有两个不同的解,矛盾;
故$Aq^{n}=kn+b$不可能有4个不同的正数解,故③正确.
对于④,因为$\{a_{n}\}$为单调递增,$\{b_{n}\}$为递减数列,$M=\{k\vert a_{k}=b_{k}\}$,$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$不为常数列且各项均不相同,
前者散点图呈上升趋势,后者的散点图呈下降趋势,
两者至多一个交点,故④正确.
故答案为:①③④.
点评:本题主要考查等差、等比的性质,考查转化能力,属于难题.

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