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,即其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 和 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 是 可分数列.
(2) 当 时, 证明: 数列 是 可分数列.
(3) 从 中依次任取两个数 和 , 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
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;
第组
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
【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:,共种
构造见上面分析
(ii)情形二:,共种
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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