竞赛大题入侵高考?——2024全国I卷压轴题精致分析

教育   教育   2024-06-07 22:35   上海  

        万众瞩目的新高考全国I卷压轴题他终于来了!!!

        跟笔者之前的预测类似,这道题完全就是一道“告诉你思路的”竞赛大题,即重要想法都在前面两小题给你扎扎实实铺垫了,只要一步小跳跃迁移,而真正的竞赛题往往直接告诉你第三问,需要更多探索与尝试,对学生的观察力、分析力要求更高。

        昨天给我的一个学生考前鼓气时,我也特地强调了这点,不知她发挥如何。

题目如下

(2024全国I卷19)设 为正整数, 数列 是公差不为 0 的等差数列. 若从中删去两项 后,剩余的 项可被平均分为 组, 且每组的 4 个数都能构成等差数列, 则称数列 是 “ 可分数列”.
(1) 写出所有的
, 使数列 可分数列.
(2) 当
时, 证明: 数列 可分数列.
(3) 从
中依次任取两个数 , 记数列 是一个 可分数列的概率为 . 证明: .

I.分析与解


理解题意

        先阅读问题,本题是一道偏组合构造的数列题,核心是求某数列划分成若干等差数列的种数,最终目标(3)是想求在此条件下,划分种数的下界。

        以此为导向,我们再来看前两小问的“提示”

形式简化

        由于是等差数列,设公差为,故呈等差数列表明

        也就是呈等差数列。

        这步是自然的,简化了研究对象:我们只需研究下标即可。

第(1)问——研究最简单情形

        答案很容易写出:

        最终剩下的1组等差数列在原数列中均是“连续”的四个数,本题称这样的4个数为一个“连续型等差组”

是否可以证明?

        答案是可以,这里也看出了出题老师的“善良”:

        我们只需说明6个数去掉2个数后必有相邻的数,这是因为6个数之间有5个间隔,而每去一个数至多少2个间隔。那么去掉2个数后,至少还剩1个间隔,这个间隔对应前后的两个数就是相邻的!

        而这对相邻的数表明新等差数列的公差也是d!向前向后导出这四个数都得连续。

        注:以上证明较难数学化表达,所以出题人很善良,让考生给出即可,主要达到熟悉题目、提示思路的目的,并不准备挖坑。

第(2)问——研究特殊情形

归纳转化

        (2)要求证明的情形,事实上我们只需证明的情形,因为随着每次大1,后面多出来4个数本身就组成最简单的“连续型等差组”

        当然本题不需要用归纳的写法,直接构造即可。但拥有归纳的想法会使得思考更为自然。

分类讨论的情形

            此时剩

        分别对所在等差数列进行讨论,过程较繁不予展示,下直接给出:

        很明显,这三个数列的公差均为(这似乎是巧合?)

(2)的简约化写法

        只需给出构造:

        (i)时:

第1组;  第2组;  第3组;

        (ii)时:

第1组;  第2组;  第3组;

        故当去掉时,剩下的数可以平分成组等差数列,得证。

(3)——最后的目标

理解概率

        首先共有

        而最终需要,换言之需要至少约级别的种数

(1)对(3)的重大提示【情形一:连续型等差组】

        实际上,(1)最终剩下的“连续型等差组”是最简单、最基本的情形,我们完全可以使得去掉的两数将下标分割成3块均为4倍长,不妨设长度分别为其中为非负整数,且

        而不定方程的非负整数解用隔板法可知为

        【对隔板法不熟悉的学生可以考虑此时分割点的下标必为,

还差多少?

        计算完情形一的种数,我们发现里目标的大约还差一半,这说明还得有种情况!

(2)对(3)的重大提示【情形二】

        若直接考虑在(2)的构造,将多出来的“连续型等差组”放在前面和后面,发现种数是级别的数,并不够。

        那么我们必须要更深挖(2)!(这是高考题与竞赛题最大的区别,高考题会有“提示”!)

我们很自然地考虑以下辅助命题:

对挖去后的,能否划分成组?

研究低维情形

时,并不是等差数列;
时,划分为,恰好是公差为2的数列
时,即第(2)问,划分为

恰好是公差为3的数列

不会这么简单吧?

        难到情形时,就是一些公差为的等差数列?

        构造一下,还真是啊。。。毕竟是高考题哇

        对于的情形,我们考虑以下个等差数列组即可

情形二的划分构造

        辅助命题告诉我们对于时,是可划分的。

        那么我们再在前后加上一些“连续型等差组”就有情形二,即两个划去的数为其中将数组分成了三段:

        第一段划分成组“连续型等差组”:

        第二段,运用辅助命题划分成组:

        第三段划分成组“连续型等差组”:

情形二的种数计算

        下面我们确定的种数,记,故只需考虑以下不定方程的解

        转化为的正整数解,用隔板法有

【对隔板法不熟的同学可对的大小分类枚举:

核算种数

        情形一+情形二的种数共,此时

(3)的最终解答

(i)情形一:,共

构造见上面分析

(ii)情形二:,共

构造见上面分析

        综合以上两种情形,至少有

证毕!

评注

本题是竞赛题吗?

        是竞赛题,也不是竞赛题

是竞赛题?

        该问题涉及组合构造与论证,在课内极少涉及构造和证明题,导致大量课内学生在思维层面犯怵!

        但却是竞赛组合的基本题型,难一点的小学奥数就会涉及。

不是竞赛题

        本题前两小题提示了非常明显的思路,换言之给学生搭了非常多的思维阶梯。

        而竞赛题会直接抛出第(3)问,让学生自己探索出来,更加考察分析能力!

本题对高考数学的教学启示

        我想这道题无疑对中学课内教学有划时代的意义

        首先,不少专家都在说课内数学太偏“应用”了,缺少“逻辑”,其特点体现在高考课内非常缺少“真正的证明题”,之前即是有也是“计算性的假证明题”。

        像本题用到的“构造式证明”,以后可能还会有“反证法”、“数学归纳法”等最基本、常见的证明题可能会越来越多?

        但无论如何,新高考一定会越来越重视数学“逻辑”的一面!

        其次,高考会更加重视学生的“思维、策略”,而不仅仅是“知识”。本题中的想法完全靠学生通过对特例的研究,联想猜测出答案,最终验证想法,比较考验学生的“洞察力”,而掌握一般数学问题研究分析方法、解题策略的学生无疑可以降低“洞察力的要求”!   


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