对于数列 $101,10101,1010101,101010101,\cdots$,下列判断中正确的是 \((\qquad)\)
A: 数列的所有项都是质数
B: 数列的所有项都是合数
C: 数列中有且仅有 $1$ 个质数
D: 数列中的质数不少于两个
【难度】
【出处】
2011年第二十二届“希望杯”全国数学邀请赛高一(一试)
【标注】
【答案】
C
【解析】
设数列的通项为 $a_n$,则\[\begin{split}a_n&=1+10^2+10^4+\cdots +10^{2n}\\&=\dfrac{10^{2n+2}-1}{99},\end{split}\]当 $n=2k-1,k\in\mathbb N^{\ast}$ 时,$$a_n=\dfrac{(100^k-1)(100^k+1)}{99},$$只有当 $n=1$ 时,$a_1=101$ 为质数,其余情况 $a_n$ 均为偶数;当 $n=2k,k\in \mathbb N^{\ast}$ 时,\[\begin{split}a_n&=\dfrac{\left(10^{n+1}-1\right)}{9}\cdot\dfrac{\left(10^{n+1}+1\right)}{ 11}\\&=\dfrac{(10-1)\left(10^n+10^{n-1}+\cdots +10+1\right)}{9}\cdot \dfrac{10^{n+1}+1}{11}\\&=(1+10+\cdots +10^n)\cdot \dfrac{10^{n+1}+1}{11},\end{split}\]考虑 $a=\dfrac{10^{n+1}+1}{11}$,$$a=\dfrac{10^{n+1}+1}{11}=\dfrac{(11-1)^{2k+1}+1}{11},$$则 $a$ 为整数,故 $a_n$ 是合数.
综上,数列 $\{a_n\}$ 中有且只有一个质数.
题目 答案 解析 备注
0.114396s