若数列 ${A_n} : {a_1},{a_{2}}, \cdots,{a_n}\left(n \geqslant 2\right)$ 满足 $\left| {{a_{k + 1}} - {a_k}} \right| = 1\left(k = 1,2,\cdots,n - 1\right)$,则称 ${A_n}$ 为 $E$ 数列.记 $S\left({A_n}\right) = {a_1} + {a_2} + \cdots + {a_n}$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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写出一个满足 ${a_1} = {a_5} = 0$,且 $S\left({A_5}\right) > 0$ 的 $E$ 数列 ${A_5}$;标注答案解析$ 0,1,2,1,0 $ 是一个满足条件的 $ E $ 数列 $ A_5 $.(答案不唯一)
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若 ${a_1} = 12$,$ n=2000 $,证明:$ E $ 数列 ${A_n}$ 是递增数列的充要条件是 ${a_n} =2011$;标注答案解析必要性:因为 $ E $ 数列 $ A_n $ 是递增数列,所以\[a_{k+1}-a_k=1\left(k=1,2,\cdots,1 999\right).\]所以 $ A_n $ 是首项为 $ 12 $,公差为 $ 1 $ 的等差数列,所以\[a_{2000}=12+\left(2 000-1\right)\times 1=2 011.\]充分性:由于\[a_{2000}-a_{1999}\leqslant 1, \\
a_{1999}-a_{1998}\leqslant 1, \\
\cdots \\
a_2-a_1\leqslant 1, \]所以\[ a_{2000}-a_1\leqslant 1 999, \]即\[ a_{2000}\leqslant a_1+1 999. \]又因为 $ a_1=12 $,$ a_{2000}=2 011 $,所以\[ a_{2000}=a_1+1 999. \]故\[ a_{k+1}-a_k=1>0\left(k=1,2,\cdots,1 999\right), \]即 $ A_n $ 是递增数列.
综上,结论得证. -
对任意给定的整数 $ n\left(n\geqslant 2\right) $,是否存在首项为 $ 0 $ 的 $ E $ 数列 ${A_n}$,使得 $S\left( {A_n} \right) =0$?如果存在,写出一个满足条件的 $ E $ 数列 ${A_n}$;如果不存在,说明理由.标注答案解析令 $ c_k=a_{k+1}-a_k\left(k=1,2,\cdots ,n-1\right) $,则 $ c_k=\pm 1 $.
因为\[ \begin{split}a_2&=a_1+c_1,\\
a_3&=a_1+c_1+c_2,\\
\cdots \\
a_n&=a_1+c_1+c_2+\cdots+c_{n-1}, \end{split} \]所以\[ \begin{split}S\left(A_n\right) & =na_1+\left(n-1\right)c_1+\left(n-2\right)c_2+\left(n-3\right)c_3+\cdots+c_{n-1}\\& =\left(n-1\right)+\left(n-2\right)+\cdots+1-\left(1-c_1\right)\left(n-1\right)- \left(1-c_2\right)\left(n-2\right)-\cdots-\left(1-c_{n-1}\right)
\\&= {\dfrac{n\left(n-1\right)}{2}}-\left[\left(1-c_1\right)\left(n-1\right)+\left(1-c_2\right)\left(n-2\right)+\cdots+ \left(1-c_{n-1}\right)\right]. \end{split} \]因为 $ c_k=\pm 1 $,所以 $ 1-c_k $ 为偶数 $ \left(k=1,2,\cdots ,n-1\right) $.
所以 $ \left(1-c_1\right)\left(n-1\right)+\left(1-c_2\right)\left(n-2\right)+\cdots +\left(1-c_{n-1}\right) $ 为偶数.
所以要使 $ S\left(A_n\right)=0 $,必须使 $ {\dfrac{n\left(n-1\right)}{2}} $ 为偶数,即 $ 4 $ 整除 $ n\left(n-1\right) $,亦即 $ n=4m $ 或 $ n=4m+1\left(m\in {\mathbb {N}}^*\right) $.
当 $ n=4m\left(m\in {\mathbb {N}}^*\right) $ 时,$ E $ 数列 $ A_n $ 的项满足 $ a_{4k-1}=a_{4k-3}=0$,$a_{4k-2}=-1$,$a_{4k}=1\left(k=1,2,\cdots ,m\right) $ 时,有 $ a_1=0$,$S\left(A_n\right)=0 $;
当 $ n=4m+1\left(m \in {\mathbb {N}}^*\right) $ 时,$ E $ 数列 $ A_n $ 的项满足 $ a_{4k-1}=a_{4k-3}=0$,$a_{4k-2}=-1$,$a_{4k}=1\left(k=1,2,\cdots ,m\right)$,$a_{4m+1}=0 $ 时,有 $ a_1=0$,$S\left(A_n\right)=0 $;
当 $ n=4m+2 $ 或 $ n=4m+3\left(m\in {\mathbb {N}}\right) $ 时,$ n\left(n-1\right) $ 不能被 $ 4 $ 整除,此时不存在 $ E $ 数列 $ A_n $,使得 $ a_1=0$,$S\left(A_n\right)=0 $.
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
问题3
答案3
解析3
备注3