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在正数数列 {An} 中,若存在常数 k,t 使得 nN 均有 (kAn+1An)(An+1Ant)=0 成立,则称 {An} 为"奇趣数列".

  1. {an} 的前 4 项分别为 1,2,3,4,判断 {an} 是否是"奇趣数列".
  2. {an} 是"奇趣数列",且 k=2,t=1,a1=a20.
    1. 求证:a1512.
    2. a1=2,求不同的有序数组 (a1,,a20) 的个数.
解答

  1. 分析 {an} 的前三项,知 (k,t) 的取值只能是 (12,6),(23,2),从而 a4 的所有可能取值为 6,2,92,23,不会为 4,故 {an} 不是"奇趣数列".
  2. bn=log2an, 则 (2an+1an)(an+1an1)=0 等价于 bn+1=bn1bn+1=bn. 记 bn+1=bn1 为一次K变换,bn+1=bn 为一次T变换. 要使 a1=a20 也即 b1=b20, 则T变换一定会发生. 设T变换发生了 i1 次(因此 i2),它们将 b1b20 间的K变换分成了 i 段,设第 i 段发生了连续的 pi 次K变换(piN),则自然有(*)p1++pi+i1=19.
    由于K变换改变了 bi 的奇偶性而T变换没有,因此K变换发生了偶数次,也即 i 是偶数. 从而 b20=(1)i1[b1p1+p2+(1)ipi]=b1+p1p2+pi=b1.(**)2b1=p1p2+pi
    1. 证明 由上述分析,2b1=p1p2+pip1++pi=20i18b19,
      等号成立当且仅当 {bn} 的前 20 项分别为 9,8,7,,1,0,1,2,,9,9. 故 a1=2b1512.
    2. 由于 i 是偶数,则 2i18,设 i=2s,1s9,则根据*式得 20=p1++pi+i=(p1+1)++(pi+1).
      b1=log2a1=1,由**式得p1+p3+p2s1=2+p2+p4++p2s(p1+1)+(p3+1)+(p2s1+1)=2+(p2+1)+(p4+1)++(p2s+1),
      解得 {(p1+1)+(p3+1)++(p2s1+1)=11,(p2+1)+(p4+1)++(p2s+1)=9,
      其中 pi+1N. 根据隔板法很容易得到这个方程组的解 (p1,,p2s) 的个数为 C10s1C8s1,这样所有的 (b1,,b20) 的个数为 s=19C10s1C8s1=s=08C10sC8s=s=08C10sC88s.
      在等式 (1+x)10(1+x)8=(1+x)18 中,比对 x8 的系数可得 s=08C10sC88s=C188=43758,即 (a1,,a20) 的个数为 43758.