Question

對于自然數(shù)數(shù)組，如下定義該數(shù)組的極差：三個(gè)數(shù)的最大值與最小值的差.如果的極差，可實(shí)施如下操作：若中最大的數(shù)唯一，則把最大數(shù)減2，其余兩個(gè)數(shù)各增加1；若中最大的數(shù)有兩個(gè)，則把最大數(shù)各減1，第三個(gè)數(shù)加2，此為一次操作，操作結(jié)果記為，其級差為.若，則繼續(xù)對實(shí)施操作，…，實(shí)施次操作后的結(jié)果記為，其極差記為.例如：，.
（1）若，求和的值；
（2）已知的極差為且，若時(shí)，恒有，求的所有可能取值；
（3）若是以4為公比的正整數(shù)等比數(shù)列中的任意三項(xiàng)，求證：存在滿足.

Answer 1

（1）,,；（2）的取值僅能是2；（3）詳見解析．

試題分析：（1）由數(shù)組的極差的定義，可知，，這時(shí)三數(shù)為，第二次操作后，，這時(shí)三數(shù)為，第三次操作后，，，這時(shí)三數(shù)為，第四次操作后，，這時(shí)三數(shù)為，第五次操作后，，這時(shí)三數(shù)為，第六次操作后，，這時(shí)三數(shù)為，，第２０１４次操作后，，這時(shí)三數(shù)為；（2）已知的極差為且，這時(shí)極差最小值為，當(dāng)時(shí)，這時(shí)是三個(gè)連續(xù)的正整數(shù)，即為，由（1）可知，通過變化后，所得數(shù)仍然是，所以數(shù)組的極差不會改變，即，符合題意，當(dāng)，這時(shí)三個(gè)數(shù)，通過變化成，這是極差為，或，這樣就可以確定出的取值僅能是2；（3）若是以4為公比的正整數(shù)等比數(shù)列中的任意三項(xiàng)，求證：存在滿足，這時(shí)三數(shù)形式為，由二項(xiàng)式定理可知，故所以的極差是3的倍數(shù)，這樣根據(jù)極差的定義，通過操作，得到是一個(gè)公差為的等差數(shù)列，從而可得出結(jié)論.
（1）,,                  3分
（2）法一：
①當(dāng)時(shí)，則
所以，，
由操作規(guī)則可知，每次操作，數(shù)組中的最大數(shù)變?yōu)樽钚��?shù)，最小數(shù)和次
小數(shù)分別變?yōu)榇涡��?shù)和最大數(shù)，所以數(shù)組的極差不會改變.
所以，當(dāng)時(shí)，恒成立.
②當(dāng)時(shí)，則
所以或
所以總有.
綜上討論，滿足的的取值僅能是2.              8分
法二：
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824045944081468.png" style="vertical-align:middle;" />，所以數(shù)組的極差
所以，
若為最大數(shù)，則
若，則
若，則，
當(dāng)時(shí)，可得，即
由可得
所以
將代入得
所以當(dāng)時(shí)，（）
由操作規(guī)則可知，每次操作，數(shù)組中的最大數(shù)變?yōu)樽钚��?shù)，最小數(shù)和次小
數(shù)分別變?yōu)榇涡��?shù)和最大數(shù)，所以數(shù)組的極差不會改變.
所以滿足的的取值僅能是2.                 8分
（3）因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824045944861438.png" style="vertical-align:middle;" />是以4為公比的正整數(shù)等比數(shù)列的三項(xiàng)，
所以是形如（其中）的數(shù)，
又因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/201408240459449231040.png" style="vertical-align:middle;" />
所以中每兩個(gè)數(shù)的差都是3的倍數(shù).
所以的極差是3的倍數(shù).                                9分
法1：設(shè)，不妨設(shè)，
依據(jù)操作的規(guī)則，當(dāng)在三元數(shù)組（，）中，總滿足是唯一最大數(shù)，是最小數(shù)時(shí)，一定有，解得.
所以，當(dāng)時(shí)，.
，
依據(jù)操作的規(guī)則，當(dāng)在三元數(shù)組（，）中，總滿足是最大數(shù)，是最小數(shù)時(shí)，一定有，解得.
所以，當(dāng)時(shí)，.
，
所以存在，滿足的極差.                    13分
法2：設(shè)，則
①當(dāng)中有唯一最大數(shù)時(shí)，不妨設(shè)，則
，
所以
所以，若是3的倍數(shù)，則是3的倍數(shù).
所以，則，，
所以
所以                            11分
②當(dāng)中的最大數(shù)有兩個(gè)時(shí)，不妨設(shè)，則
，
所以，
所以，若是3的倍數(shù)，則是3的倍數(shù).
所以，則，
所以.
所以當(dāng)時(shí)，數(shù)列是公差為3的等差數(shù)列.                    12分
當(dāng)時(shí)，由上述分析可得，此時(shí)
所以存在，滿足的極差.                      13分