数列 $\{a_n\},\{b_n\},\{c_n\}$ 满足 $a_1=a$,$b_1=b$,$c_1=c$,对任意正整数 $n$,均有\[\begin{aligned}
a_{n+1}&=\left|b_n-c_n\right|,\\
b_{n+1}&=\left|c_n-a_n\right|,\\
c_{n+1}&=\left|a_n-b_n\right|
,\end{aligned}\]求证:对任意正整数 $a,b,c$,均存在正整数 $m$,使得 $a_{m+1}-a_m=b_{m+1}-b_m=c_{m+1}-c_m=0$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    组合数学
    >
    组合证明
  • 方法
    >
    思考方式
    >
    构造半不变量
【答案】
【解析】
记 $(a_{n+1},b_{n+1},c_{n+1})=f(a_n,b_n,c_n)$,并称 $f$ 为一次操作.
若 $a_n,b_n,b_n$ 互不相等且非零,那么经过 $1$ 次操作后得到的三个数的最大数至少减少 $1$;若 $a_n,b_n,c_n$ 中有零,则 $a_{n-1},b_{n-1},c_{n-1}$ 中存在两个数相等.因此在经过有限次操作后得到的三个数中必然存在两个数相等.
情形一 $(x,x,x)$,则之后得到 $(0,0,0)\to (0,0,0)\to \cdots$,命题成立.
情形二 得到 $(x,x,y)$,则之后得到 $(|x-y|,|x-y|,0)\to (|x-y|,|x-y|,0)\to \cdots$,命题成立.
综上所述,原命题得证.
答案 解析 备注
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