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2019年高考数学北京--理20

(2019北京卷计算题)

已知数列,从中选取第项、第项、、第项(),若,则称新数列,,,为的长度为的递增子列。规定:数列的任意一项都是的长度为的递增子列。

(Ⅰ)写出数列,,,,,,的一个长度为的递增子列;

(Ⅱ)已知数列的长度为的递增子列的末项的最小值为,长度为的递增子列的末项的最小值为,若,求证:;

(Ⅲ)设无穷数列的各项均为正整数,且任意两项均不相等。若的长度为的递增子列末项的最小值为,且长度为末项为的递增子列恰有个(,,),求数列的通项公式。

【出处】
2019年普通高等学校招生全国统一考试(北京卷):理数第20题
【答案】

(Ⅰ)由递增子列的定义可写出满足题意的长度为的递增子列为:,,,或,,,或,,,或,,,或,,,(答案不唯一,写任意一个即可)。

(Ⅱ)证明:设,

长度为的递增子列为,,,,

长度为的递增子列为,,,,

则时,

,

由于与均为递增子列,

则,

由于,则,

则,即,

故此时,,,也为长度为的递增子列,

此时 ,

故假设不成立,所以。

(Ⅲ)①令,可知数列中长度为的递增子列末项最小值为。

②令,可知数列中长度为的递增子列末项最小值为,

且长度为的递增子列数为,由于数列各项均为正整数,

则数列中长度为的递增子列只能为,与,,且不存在递增子列,,

故在数列中,数字,,出现的先后顺序为,,。

③令,可知数列中长度为的递增子列末项最小值为,

且末项最小值为,长度为的递增子列数为,

由②可知此时可确定的末项最小值为且长度为的递增子列为,,或,,。

则数字不可以位于数字之后,此时剩下两个子列只可能为,,或,,。

此时在数列中,数字,,,,出现的先后顺序为,,,,。

④令,可知数列中长度为的递增子列末项最小值为,

且长度为的递增子列数为,

由③可知在数列中,数字,,,,出现的先后顺序为,,,,,

为使得数列中长度为的递增子列末项最小值为,则数字的位置应处于数字之后,

即数字,,,,,出现的先后顺序为,,,,,。

(ⅰ)若数字处于之后,此时仅存在个长度为且末项最小值为的递增子列:

,,,;,,,;,,,或,,,,不满足题意。

(ⅱ)若数字处于与之间,则存在数列,,,,不满足题意。

(ⅲ)若数字处于之前,此时仍存在个长度为且末项最小值为的递增子列:

,,,;,,,;,,,或,,,,不满足题意。

(ⅳ)若数字处于与之间,即数字,,,,,,出现的先后顺序为:

,,,,,,,

此时存在长度为且末项最小值为的递增子列为:

,,,;,,,;,,,;,,,;,,,;,,,;,,,;,,,;共个,满足题意。

则数字,,,,,,出现的先后顺序为,,,,,,,

综上可猜测:数列中的奇数项依次为:,,,,偶数项依次为:,

即数列的通项公式为,为奇数;,为偶数。

⑤设时,数字,,,,,,,,的出现顺序为:

,,,,,,,,,,,

且此时数列中长度为递增子列末项最小值为,

长度为且末项最小值为的递增子列个数为。

则,数字,,,,,,,,的出现顺序为:

,,,,,,,,,,,,。

即在时,在与之间出现;后出现。

由递增子列的规则知,在时,存在个长度为的递增子列末两项为,;

存在个长度为的递增子列末两项为,。

则此时存在且只存在个长度为的递增子列,其末三项为,,;

存在且只存在个长度为的递增子列,其末三项为,,;

存在且只存在个长度为的递增子列,其末三项为,,;

存在且只存在个长度为的递增子列,其末三项为,,;

此时不存在其他长度为,末项为的递增子列,

即此时共存在个。

即时的结论依旧成立。

由①②③④知,,,时该结论均成立。

综上,数列的通项公式为。

【解析】

本题主要考查数列的递推与通项和数列综合。

(Ⅰ)根据递增子列的定义与所给数列可写出满足题意的递增子列。

(Ⅱ)假设,分别设出满足题意的的长度为与的递增子列,通过证明时,不成立可知。

(Ⅲ)通过,,,时的相关数字的位置可推得数列可能的通项公式,设时存在满足题意的递增子列,证明时,满足该规律的递增子列仍存在,则可证明该规律适用于所有的取值,即该通项公式满足题意。

【考点】
创新数列问题数列的递推与通项
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