今年北京高考数学试卷最后一题如下(第三问回忆版,这里对部分字母做了修改):
设集合
对给定正整数数列:,和序列:,其中,.
定义变换:将数列的第项加,得到数列;将数列的第项加,得到数列;……重复上述操作,得到数列,记为.
若为偶数,求证:“存在,使得为常数列”当且仅当“.
分析:
:只需注意到每次变换是将和中一个数加,故为定值.而最后为常数列,即所有的都相等,于是变换前也相等,即
:即构造一个满足题意的序列.为方便叙述,将写成一个的矩阵
尝试进行构造:
为使和在变换后相等,我们很自然地希望第一列中有个和个,这样.同理第二列中有个和个,依次类推.
然而,上面的不一定满足“为偶数”这一条件,下面我们对和为奇数的行进行调整.
首先,由题意知,为偶数,而,于是也为偶数,这样矩阵中所有元素之和也为偶数.因此元素和为奇数的行共有偶数个.
对两个元素和为奇数的行和,如果和的奇偶性不同(即),则交换和的位置,这样这两行的元素和均变为偶数,且不改变最终的和.的情况也同理.
此时元素和为奇数的行已被调整至全部相同,且一共有偶数行,设共有行,它们均为.
这时候无法再通过交换同一列的两个元素来进行调整,因此我们再添加一些行:
添加行(即前两个数不变,后两个数改变),和行,这些行的元素和也为奇数.
将行中的与中的交换;行中的与中的交换.
此时矩阵中所有行的元素和均为偶数,满足题意.且第列中恰有个和个.
将这个矩阵对应的作用于,可得中都每一项均为,证毕.