(5).训练题(五)解答
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1
一、从集合1,2,,25A中取出一个子集12,,,nMxxx,使得M的任
两个不交的子集的元素和各不相同,求1niix的最大值.
解:对于任一实数集X,用SX表示X的元素和,记tM,若7t,
考查M的四元及四元以下的非空子集T,其元素和ST2524232294,
而M的非空的四元及四元以下的子集有4321777798CCCC个,其中必有互异
的两个子集0A,0B,使00SASB,(由于0A、0B的元素和相等,故其互不
包含),今去掉0A,0B中的公共元素,得非空子集11,AB,11AB,且
11
SASB
,矛盾!所以6t.
因为A中的任意五个元素之和不大于2524232221115,故若证得,
当SM取最大时115SM,则6tM,令025,24,23,21,18,12M,则
0
123SM
,以下证,0M中任两个不交的子集具有不同的和;
由于0M是6元集,故若其两个子集的元素个数之和大于6,则这两个子集
必定相交,0,,,CDMCDCD
二、求所有正整数组12,,,naaa,满足:
1
、1199100nkkkaa,(约定01a)
2、
2
1111,1,2,,1kkkkaaaakn
解:由11991,,0,1,,1100kkkkaaakna,
1112,2nnaaaa
,由于21111kkkkaaaa,得
11111111111kkkkkkkkkkkkkkaaaaaaaaaaaaaa
11111121111kkkiinikkkiiniaaaaaaaaaaaaaa
,0,1,,1in,
2
令0i,得011119911001,21001199aaaaa,
111229914910021001nnaaaaaa
,
22
200
1,549aa
,又由
222
1111111kkkkkkkkaaaaaaaa
,2212155aaa,
又2312231125410051aaaaa,
由122333991295100251001nnaaaaaaa,35005155199a,
323
1001005
55556999aaa
,
3313444951261251005614001nnaaaaaaaa
,得
343
140014001aaa
,
4
56140078400a
,这时已有0312123499100aaaaaaaa,
故所求的唯一解为4n,1234,,,2,5,56,78400aaaa.
三、设,1,2,,iaRin,令
121211,,,iijnn
inijnpapaapaaa
,
证明:121110nknkkkkpp
先证引理:设,1,2,,kxRkn,且111nkkkxx,则122SS,取等号当
且仅当诸kx全相等;
证:据柯西不等式,211111nnnkkkkkkkkxxxxx,由111nkkkxx,
得2111nnkkkkkxxx,整理即得到122SS
回到本题,在引理中令11kkkxaxS,则
11,2,,nkn
a
xknSa
,由于
11111nnkkkkkxaxS
,则据引理得11111112nnnkkikkikkkiaaaSaSaSa,即
3
112131211131nn
aSaSaSaaSaSaSa
111211nnaSaSaSa
2
[12131411312141nnaaSaSaSaaaSaSaSa
1111212nnnaaSaSaSa
]
将这个不等式两边分别展开,整理得到,
1234111213142341nnnnnnSSSSSSSSnS
2341213141112361122knnnnnkknkknnSSSSSSSSS
再将这个不等式移项整理得
12223242112131423410nnnnnnSSSSSSSnS
,
(取等号当且仅当诸ka全相等).
四、如果正整数集A的所有元素可以排成一个等差数列,则称A为算术集;
证明:所有使方程113xyn没有正整数解的正整数n所构成的集合M,不
能表示成有限多个算术集的并.
证:反证法,设正整数n所构成的集合M,能表示成有限多个算术集的并.
0
1
、先证明:这些等差数列都只有有限多个项;事实上,若M含有等差数列
,akdkN,其中,ad
为给定的正整数;
因为当31nd时,3311113131nddddxy,所以31dM;
其次,对于任何*mN,由113xyn,可得113mxmymn,所以mnM,
今取m,使modmad且31amd,则31moddmad,因此有正整
数j使31dmajdM;另一方面,由于3131dMdmM,矛
盾!这表明,集M只能是有限个有限项等差数列的并集,因此集M中只能含有
有限个数;
0
2
、另一方面,我们又可证明,集M中含有无限多个数;构造法,对任意正
4
整数k,取7kn,我们将证明,7knM,即要证,方程1137kxy … ①
无正整数解;事实上,若方程①有解,xy,记最大公约数,xyq,
11
,xqxyqy
,则11,1xy,且11113117kxyxyxyxyqxy,即
1111
73kxyqxy
…… ②
注意由11,1xy得,1111,1xyxy,于是117kxy,所以,117,7uvxy,其
中,uv有一个为0,故111mod3,1mod3xy,得112mod3xy,因此
3
117kxy,即②不能成立,故①无解.也就是集M中含有无限多个数,矛
盾!
从而本题结论成立.