已知 $A=\{x\mid x=n!+n,n\in\mathbb{N}^*\}$,$B$ 是 $A$ 在 ${{\mathbb{N}}^ * }$ 上的补集.
【难度】
【出处】
2009年中国科学技术大学自主招生保送生测试
【标注】
  • 数学竞赛
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    简单数论
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    简单数论
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    数论初步
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    整除与同余
  • 方法
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    论述方式
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    反证法
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    数列
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    等差数列及其性质
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    等比数列及其性质
  1. 求证:无法从 $B$ 中取出无限个数组成等差数列;
    标注
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      等差数列及其性质
    答案
    解析
    若能从 $B$ 中取出无限个数组成等差数列 $\left\{ {{a_m}} \right\}$,并设公差为 $d$.
    则 ${a_m} = {a_1} + \left( {n - 1} \right)d$,而 $n > d$ 时,$$n! + n,\left( {n + 1} \right)! + \left( {n + 1} \right),\cdots$$被 $d$ 除,其余数与$$n,\left( {n + 1} \right),\left( {n + 2} \right),\cdots,$$被 $d$ 除的余数相同.
    而这些余数,应该是逐一递增的,取得 $d - 1$ 后,又以周期性出现,所以存在 ${n_0}$,使 ${n_0}! + {n_0}$ 被 $d$ 除与 ${a_m}$ 被 $d$ 除的余数相同.这就说明:${n_0}! + {n_0}$ 是等差数列 $\left\{ {{a_m}} \right\}$ 中的项.而 ${n_0}! + {n_0} \in A$,故 ${n_0}! + {n_0} \notin B$,于是矛盾就产生了,故假设不成立,要证明的结论成立.
  2. 能否从 $B$ 中取出无限个数组成等比数列?并说明理由.
    标注
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      等比数列及其性质
    答案
    能从 $B$ 中取出无限个数组成等比数列,例如 ${b_m} = {5^m}$
    解析
    能从 $B$ 中取出无限个数组成等比数列,例如 ${b_m} = {5^m}$.
    由于 $n! + n = n\left[ {\left( {n - 1} \right)! + 1} \right] $ 并且当 $n > 5$ 时,$5$ 不能整除 $\left( {n - 1} \right)! + 1$,故 ${5^m} \notin A$,因此,${5^m} \in B$,故数列 $\left\{ {{b_m}} \right\}$ 是从 $B$ 中取出无限个数组成的等比数列.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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