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2020年高考数学北京21

(2020北京卷计算题)

已知是无穷数列,给出两个性质:

①对于中任意两项,(),在中都存在一项,使得。

②对于中任意一项(),在中都存在两项,(),使得。

(1)若(,,),判断数列是否满足性质①,说明理由。

(2)若(,,),判断数列是否同时满足性质①和性质②,说明理由。

(3)若是递增数列,且同时满足性质①和性质②,证明:为等比数列。

【出处】
2020年普通高等学校招生全国统一考试(北京卷):数学第21题
【答案】

(1)若(,,)满足性质①,

则,,,

由得,

因为,,,

所以当,时,,与矛盾,

故数列(,,)不满足性质①。

(2)若(,,)同时满足性质①和性质②,

对于性质①:,

即,

对于任意,(),均存在满足,

所以(,,)满足性质①;

对于性质②:时,

取,,

此时,,

有,

所以(,,)满足性质②。

综上:(,,)同时满足性质①和性质②。

(3)若,令;

若,令;

则是首项为,单调递增,且同时满足性质①和性质②的数列,

令,下证是公比为的等比数列,

先证明,,

当,时命题显然成立;

假设当()时命题成立,,

由性质①,在数列中,

即时命题也成立,

即,

下用反证法证明,

设,

即是数列中不是的整数次幂的最小的项,

显然有,

由性质②,设(),

则,

由的最小性质可知,,,

则,矛盾,

综上,数列为首项为,公比为的等比数列,

所以数列是等比数列。

【解析】

本题主要考查数列综合。

(1)假设(,,)满足性质①,则有,而当,时,,与矛盾,所以不满足性质①。

(2)通过证明对于任意,(),均存在满足,即满足性质①,证明,时有,即满足性质②,得证。

(3)首先将数列进行标准化:若,令;若,令。可以验证出数列是首项为的递增数列,且根据满足性质①②可以验证出数列也满足性质①②。记,再去证明两个集合和互相包含。在证明时,可以使用数学归纳法,在归纳假设的前提下利用数列满足性质①去证明当时命题仍然成立。在证明时,考虑使用反证法。定义,根据的最小性质以及性质②可以得到存在,使得,整理后并放缩可以得到,所以得到、,所以得到,矛盾,所以。这样便证明了,从而得到数列为首项为,公比为的等比数列,从而得到数列是等比数列。

【考点】
数列综合创新数列问题
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