数列中的高斯取整函数研究一.基本性质. 1.高斯取整函数:[]x 表示实数x 的整数部分,即[]x 是不大于实数x 的最大整数. {}[]x x x =-,常称为x 的“小数部分”或“尾数部分”. 2.高斯函数图像及小数部分图像.取整函数y =[]x 的图象. 小数函数:{}y x =的图象性质: ①定义域:x R ∈; 性质:①定义域:x R ∈;②值域:y Z ∈; ②值域:[)0,1; ③图象:台阶型线段. ③周期性:1T =.3.函数性质:显然[]{},,x x x 三者之间的关系:[]{}x x x =+且[][] 1.x x x ≤≤+ (1)高斯函数[]y x =是一个分段表达的不减的无界函数,即当12x x ≤时,有12[][]x x ≤ (2)[][]n x n x +≤+,n Z ∈ (3)1[][]1x x x x -<≤<+(4)若[][]x y n ==,则x n a =+,y n b =+,其中0,1a b ≤< (5),x y R ∀∈,有[][][]x y x y +≤+(6)[]1,[][],x x Z x x x Z--∉⎧-=⎨-∈⎩(7)若整数,a b 满足a bq r =+(0b >,q ,r 是整数且0r b ≤<),则[]aq b =,.}{b rb a =(8)x 是正实数,n 是正整数,则在不超过x 的正整数中,n 的倍数共有[]xn个. 注:上述结论中,第(7)条结论非常重要,它刻画了高斯取整函数与带余除法的基本练习,因此,我们就可通过带余除法和同余的基本关系,通过分组求和去掉{}[],从而计算出结果,这是强基和联赛一试中一类常见问题. 4.补充知识. 同余的概念与性质.(1)设0m >,若a 、b 的差a b -被m 整除,即a b qm -=. 我们就说a 、b 关于模m 同余(a 同余于b 模m ),或简称同余,记作:()mod m a b ≡. 否则,称a b 、关于模m 不同余,记作:()mod m a b ≡. (2)同余的性质:(1)自反性:()mod m a a ≡;(2)对称性:若()mod m a b ≡,则()mod m b a ≡;(3)传递性:若()mod m a b ≡且()mod m b c ≡,则()mod m a c ≡; (4)若()mod m a b ≡,()mod m c d ≡,则()mod m a c b d ±≡±;(5)若()mod m a b ≡,()mod m c d ≡,则()mod m ac bd ≡.特别地,若()mod m a b ≡,则()mod m .k k a b k ≡∈ 二.高考试题中的应用.例1.(2010陕西高考)某学校要召开学生代表大会,规定各班每10人推选一名代表,当各班人数除以10的余数大于..6.时再增选一名代表,那么各班可推选代表人数y 与该班人数x 之间的函数关系用取整函数[]y x =([]x 表示不大于x 的最大整数)可以表示为 ( ) A.10x y ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦ B.310x y +⎡⎤=⎢⎥⎣⎦ C.410x y +⎡⎤=⎢⎥⎣⎦ D.510x y +⎡⎤=⎢⎥⎣⎦例2.(2016高考数学课标Ⅱ卷理科)n S 为等差数列{}n a 的前n 项和,且17=128.a S ,=记[]=lg n n b a ,其中[]x 表示不超过x 的最大整数,如[][]0.9=0lg99=1,.(1)求111101b b b ,,;(2)求数列{}n b 的前1 000项和.解:(1)设{}n a 的公差为d ,据已知有72128d +=,解得1d =.所以数列{}n a 的通项公式为n a n =.[]1lg10b ==,[]11lg111b ==,[]101lg1012b ==.(2)因为0,110,1,10100,2,1001000,3,1000,n n n b n n ≤<⎧⎪≤<⎪=⎨≤<⎪⎪=⎩所以数列{}n b 的前1000项和为1902900311893⨯+⨯+⨯=.例3.已知数列{}n a 满足113a =,21n n n a a a +=+,用[]x 表示不超过x 的最大整数,则12201111111a a a ⎡⎤+++=⎢⎥+++⎣⎦( ) A .1B .2C .3D .4解析:因为()211n nn n n a a a a a +=+=+,所以()1111111n n n n n a a a a a +==-++,即11111n n n a a a +=-+, 所以12201122320120212022021111111111113111a a a a a a a a a a a a +++=-+-++-=-=-+++, 由113a =,21n n n a a a +=+可得249a =,35281a =,469166561a =,210n n n a a a +-=>,则数列{}n a 是递增数列,20241a a >>,则202101a <<,则12201202111132111a a a a ⎡⎤⎡⎤+++=-=⎢⎥⎢⎥+++⎣⎦⎣⎦.故选:B.例4.函数[]y x =称为高斯函数,[]x 表示不超过,x 的最大整数,如[0.9]0=,[ln99]1=.已知数列{}n a 满足33a =,且n n 1n ()a n a a +=-,若[]ln n n b a =,则数列{}n b 的2022项和为___________.解析:n n 1n ()a n a a +=-,33a =13113n n a a a n n +∴===+,n a n ∴= 当19n ≤≤时,0lg 1n a ≤<时,[]lg 0n n b a ==; 当1099n ≤≤时,1lg 2n a ≤<时,1n b =; 当100999n ≤≤时,2lg 3n a <≤时,2n b =; 当10002022n ≤≤时,3lg 4n a ≤<时,3n b =; 所以[][][]2022122022lg lg lg 9019002102334959.T a a a =+++=⨯+⨯+⨯=故答案为:4959例5.在①359,20S S ==;②公差为2,且124,,S S S 成等比数列;③238n S n n =+;三个条件中任选一个,补充在下面问题中,并给出解答.问题:已知数列{}n a 是公差不为零的等差数列,其前项和为n S ,______. (1)求数列{}n a 的通项公式;(2)令[]2log n n c a =,其中[]x 表示不超过x 的最大整数,求1220c c c +++的值.解析:(1)依题意,数列{}n a 是公差不为零的等差数列,设其首项为1a,公差为d .若选①,则1133951020a d a d +=⎧⎨+=⎩,解得12,1a d ==,所以1n a n =+.若选②,则()()222141112,,22412d S S S a a a ==⋅+=+,解得11a =,所以21n a n =-. 若选③,则112212111,17,6a S a S S d a a ===-==-=,所以65n a n =+. (2)若选①,[]()22log log 1n n c a n ==+⎡⎤⎣⎦,则当*120,N n n ≤≤∈时,有:1,132,373,7154,1520n n n c n n ≤<⎧⎪≤<⎪=⎨≤<⎪⎪≤≤⎩,所以12201224384658c c c +++=⨯+⨯+⨯+⨯=.若选②,[]()22log log 21n n c a n ==-⎡⎤⎣⎦,则当*120,N n n ≤≤∈时,有:0,11,22,353,594,9165,1620n n n n c n n n =⎧⎪=⎪⎪≤<=⎨≤<⎪⎪≤≤⎪<≤⎩,所以12200112234485469c c c +++=+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=.若选③,[]()22log log 65n n c a n ==+⎡⎤⎣⎦,则当*120,N n n ≤≤∈时,有:3,14,255,5106,1020n n n c n n =⎧⎪≤<⎪=⎨≤<⎪⎪≤≤⎩,所以122034355611106c c c +++=+⨯+⨯+⨯=.例6.n S 为等差数列{}n a 的前n 项和,且12a =,735S =,记[]lg n n b a =,其中[]x 表示不超过x 的最大整数,如[]0.90=,[]lg991=. (1)求1b ,11b ,101b ; (2)求数列{}n b 的前2020项和.解析:(1)由题意得可得:7176762277352S a d d ⨯⨯+=+=⨯=,所以1d =,所以()2111n a n n =+-⨯=+,所以()lg 1n b n ⎡⎤=+⎣⎦,所以10b =,111b =,1012b =. (2)由(1)知:()lg 1n b n ⎡⎤=+⎣⎦,18n ≤≤时,0n b =,当998n ≤≤时,1099n a ≤≤,1n b =, 当99998n ≤≤时,100999n a ≤≤,2n b =, 当9992020n ≤≤时,10002021n a ≤≤,3n b =, 所以2020081902900310224956T =⨯+⨯+⨯+⨯=。