专题2.5 以子数列或生成数列为背景的解答题(解析版)
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专题2.5 以子数列或生成数列为背景的解答题(解析版)

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资料简介
1 / 36 专题二 压轴解答题 第五关 以子数列或生成数列为背景的解答题 【名师综述】 中学研究的特殊数列只有等差数列与等比数列,一个是线性数列,一个是类指数数列,但数列性质却远远 不止这些,因此新数列的考查方向是多样的、不定的,不仅可考查函数性质,而且常对整数的性质进行考 查.明确考查方向是解决以新数列为背景的解答题的前提,恰当运用对应性质是解决问题思想方法. 【典例解剖】 类型一 排序数列分类讨论问题 典例 1.(2020 江苏南师大附中月考)设数列 是公差不为零等差数列,满足 ;数列 的前 项和为 ,且满足 . (1)求数列 、 的通项公式; (2)在 和 之间插入 1 个数 ,使 成等差数列;在 和 之间插入 2 个数 ,使 成等差数列;……;在 和 之间插入 个数 ,使 成等 差数列, (i)求 ; (ii)是否存在正整数 ,使 成立?若存在,求出所有的正整数对 ;若不存在,请说明 理由. 【答案】(1) (2) (i)(ii) 及 . 【解析】 【分析】(1)设数列 的公差为 ,将已知条件用 表示,解方程组,即可求出 ;令 ,得出 为等比数列,即可求出通项;(2)(i)由题意 成等差数列,求出 的通项公式,进而求出 就为数列 的前 项 { }na ( )*n N∈ 2 3 6 9 5 7 9, 6a a a a a a+ = + = { }nb ( )*n N∈ n nS 4 2 3n nS b+ = { }na { }nb 1b 2b 11x 1 11 2, ,b x b 2b 3b 21 22,x x 2 21 22 3, , ,b x x b nb 1nb + n 1 2, ,...,n n nmx x x 1 2 1, , ,... ,n n n nm nb x x x b + 11 21 22 1 2... ...n n n nmT x x x x x x= + + + + + + + ,m n 1 2 m n m aT a += ( ),m n ( )1 *1 1, 2 3 n n na n b n N − = = ∈   1 3 1 4 4 3 2 3n n n nT −= − −⋅ ⋅ (9,2) (3,3) { }na ( )d d ≠ 0 1,a d na 1 1 11, , 2, n n nn b S n b S S −= = ≥ = − { }nb 1 2 1, , , , ,n n n nn nb x x x b + nkx 1 ,3 n nk nn k nx T = =∑ { }3n n n 2 / 36 和,利用错位相减法即可求解;(ii)根据已知得出 的函数关系,利用 ,结合函数值的 变化,即可求解. 【详解】(1)设数列 的公差为 ,则由条件 , 可得 , , 又由 ,可得 , 将 代入上式得 , ,由 ① 当 时, ② ①-②得: , , 又 , 是首项为 ,公比为 的等比数列,故 , . (2)①在 和 之间插入 个数 , 因为 成等差数列,设公差为 ,则 , 则 , , ① 则 ② ①-②得: , ,m n * *,m N n N∈ ∈ { }na ( )d d ≠ 0 3 6 9a a a+ = ( ) ( )1 1 12 5 8a d a d a d+ + + = + 1a d∴ = 2 5 7 96a a a+ = ( ) ( ) ( )2 1 1 14 6 6 8a d a d a d+ + + = + 1a d= 25 49 54d d d+ = 249 49d d∴ = 0 1 nd d a n≠ ∴ = ∴ = 4 2 3n nS b+ = 2n ≥ 1 14 2 3n nS b− −+ = 14 2 2 0n n nb b b −+ − = 1 1 ( 2)3n nb b n−∴ = ≥ 1 1 1 14 2 3 02b b b+ = ∴ = ≠ { }nb∴ 1 2 1 3 ( )1 *1 1 2 3 n nb n N − = ∈   ( )1 *1 1, 2 3 n n na n b n N − ∴ = = ∈   nb 1nb + n 1 2, , ,n n nnx x x 1 2 1, , , , ,n n n nn nb x x x b + nd 1 1 1 1 1 1 12 3 2 3 ( 2) 1 1 3 ( 1) n n n n n n b bd n n n − +      −     −      = = = −+ − + + 11 1 2 3 3 ( 1) n nk n n n kx b kd n − = + = −  +  1 1 1 1 1 ( 1) 2 3 3 ( 1) 2 3 nn nk n n k n n nx n n − = + ∴ = ⋅ − ⋅ =  + ∑ 11 21 22 1 2 2 1 1 3 3 3n n n nn n nT x x x x x x∴ = + + + + + + + = + + +   2 3 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3n n n n nT + −= + +…+ + 2 1 1 1 1 113 32 1 1 1 1 1113 3 3 3 3 3 2 3 31 3 n n n n n n n n n nT + + +   −       = + + + − = − = − −  − 3 / 36 , ②若 ,因为 ,所以 ,则 , ,从而 , 故 , 当 时, , 当 时, , 当 时, , 下证 时,有 ,即证 , 设 ,则 , 在 上单调递增, 故 时, ,即 , 从而 时, 不是整数,故所求的所有整数对为 及 . 【名师点睛】 由于新数列依赖于顺序,因此项数与项的对应关系是解决问题的关键,而项数与项对应关系往往需要讨论, 因此分类标准的正确选择是考查的难点. 【举一反三】 1.(2020 上海奉贤区一模)有限个元素组成的集合为 , ,集合 中的元素个数 记为 ,定义 ,集合 的个数记为 ,当 ,称集合 具有性质 . (1)设集合 具有性质 ,判断集合 中的三个元素是否能组成等差数列,请说明理由; (2)设正数列 的前 项和为 ,满足 ,其中 ,数列 中的前 项: 组成的集合 记作 ,将集合 中的所有元素 1 3 1 4 4 3 2 3n n n nT −∴ = − −⋅ ⋅ 1 2 m n m aT a += na n= ma m= 1 3 1 1 1 1 4 4 3 2 3 2 2 2n n n m m m− +− − = = +⋅ ⋅ 1 1 1 1 4 4 3 2 3 2n n n m−− − =⋅ ⋅ 3 3 2 1 4 3 2 n n n m − − =⋅ ( )2 3 2 3 4 62 3 4 623 2 3 3 2 3 3 2 3 nn n n n n n nm n n n − − + +⋅ += = = +− − − − − − 1n = *102 32m N= + = − ∉− 2n = *142 92m N= + = ∈ 3n = *2 1 3m N= + = ∈ 4( *)n n N≥ ∈ 3 2 3 4 6n n n− − > + 3 6 9 0n n− − > ( ) 3 6 9( 4)xf x x x= − − ≥ 4( ) 3 ln3 6 3 6 3 6 0x xf x′ = − > − ≥ − > ( )f x∴ [4, )+∞ 4n ≥ 43 6 9 3 6 4 9 48 0n n− − > − × − = > 4 60 13 2 3n n n +< + + + + ( )f n { }nT 1 2 9nT T≥ = 1 4nT < nT 2 1,9 4     2 , 2 1 2 , 2 nn n n k c n k = −=   = s k s *k N∈ 2s ≥ 2k ≥ { }nc 2i 2 j ( )2 1p i j p≤ < < 1 12 2 2 22 i j i j− −+ = + 1i ≥ 2j ≥ 12 j− 12i− 1i = 1 12 2 2 22 j p j p− −+ = + 2j ≥ 3p ≥ 12 j− 12 p− 2k ≥ 2k = 3 s k+ 5 1d 2d 3d 4d 5d 1d 3d 5d 2d 4d 2 2d = 1 3 22 4d d d+ = = 1 1d = 3 3d = 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 n ∗∈N { }na nS 1 1n nS a a+= − { }nb 8 / 36 和为 ,且满足 ,且 . (1)求数列 的通项公式; (2)求数列 的通项公式; (3)设 ,问:数列 中是否存在不同两项 , ( ,i, ),使 仍是数列 中的项?若存在,请求出 i,j;若不存在,请说明理由. 【答案】(1) ,(2) ,(3)存在, , 【解析】 【分析】(1)先根据 ,求出 ,再根据 可得 , 然 后 两 式 作 差 , 得 到 , 再 求 出 首 项 , 进 而 可 得 数 列 的 通 项 公 式 ; ( 2 ) 根 据 ,通过递推,可证数列 为等差数列,即可求出通项公式;(3)由 , 假设数列 中存在不同两项 , ( , , ),然后根据条件找出满足条件的 , 值即 可. 【详解】(1)∵数列 的前 n 项和为 ,且满足 ,∴ , , 由 ,得 . ∴ ,且 ,即 . ∴数列 是首项为 ,公比为 2 的等比数列,∴ . (2)∵ ① 时, ② ① ②得 , ∴ , , 时, ,∴ , nT ( )1 12n n nT b n n b+ = + + 1 2a b= { }na { }nb n n n ac b = { }nc ic jc 1 i j≤ < j ∗∈N i jc c+ { }nc 2n na = nb n= 1i = 2j = ( )1 12n n nT b n n b+ = + + 2b 1 1n nS a a+= − ( )1 1 2n nS a a n− = − ≥ 12n na a −= { }na ( )1 12n n nT b n n b+ = + + { }nb n n n ac b = { }nc ic jc 1 i j≤ < i j ∗∈N i j { }nb nT ( )1 12n n nT b n n b+ = + + 1 1b = 2 2b = 1 1n nS a a+= − ( )1 1 2n nS a a n− = − ≥ ( )12 2n na a n−= ≥ 1 2 1a a a= − 2 12a a= { }na 1 2 2a b= = 2n na = ( )1 12n n nT b n n b+ = + + 2n ≥ ( )( )1 1 1 11 1 12n n nT b n n b− − −+ = − + − + − ( )1 1 1 1 11 12 2 2n n n n nb b b nb n b− −+ − = + + − − ( )1 14 2 3 1n n n nb b nb n b− −− = + − − ( ) ( ) 14 3 3n nn b n b −− − − = − 3n ≥ ( ) ( )1 25 4 3n nn b n b− −− − − = − ( ) ( ) ( )2 14 4 2 8n n nn b n b n b− −− + − = − 9 / 36 ∴ ,∴ 为等差数列,∴ . (3) ,假设 中存在不同的两项 , ( ),使 ( ) , 注意到 . ∴ 单调递增,由 ,则 ,∴ , 令 ( ),∴ , ∴ , ∵ ,∴ ,而 ,∴ , . 令 ,则 , ∴ 为单调递增,注意到 时, , ,∴m 只能为 1,2,3. ①当 时, , ∴ ,故 i 只能为 1,2,3, 当 时, ,此时 ; 当 时, ,此时 无整数解,舍; 当 时, ,此时 ,无正整数解,舍去. ②当 时, ,此时 , 2 12n n nb b b− −+ = { }nb ( )1 1 1nb n n= + − ⋅ = 2n nc n = { }nc ic jc 1 i j≤ < i j kc c c+ = k ∗∈N 2 2 2i j k i j k ⇒ + = ( ) ( ) ( ) ( ) 11 1 2 1 2 1 22 2 01 1 1 n n nn n n n n n nc c n n n n n n ++ + ⋅ − + ⋅ − ⋅− = − = = ≥+ + + { }nc 2 2k j k jk j > ⇒ > 1k j≥ + ( ) ( ) 1 1 22 2 2 1 1 jk j i j k j i j j + −≥ ⇒ ≥+ + j i m− = m 1≥ j m i= + ( ) ( ) ( )( ) ( ) 1 1 22 1 11 1 1 j i j j m i m i m i j i m i i m i − + + + +   ≤ = = + +  − + − + −   2m i+ ≥ 21 31m i + ≤+ − 1 1m mi + ≤ + ( )2 3 1m m≤ + 2 31 m m ≤+ 2 1 n nC n = + ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) 11 1 2 1 2 22 2 2 02 1 1 2 1 2 n nn n n n n n n nC C n n n n n n ++ + + − + ⋅− = − = = >+ + + + + + { }nC 3m = 32 2 31 3 = + 1m = 1 1j i j i− = ⇒ = + ( )( ) 2 2 2 2 1 2 3 2 3 22 1i i i i i i i i + + + +≤ = = + + 1i = 2j = 2 42 4 42 k kk = + = ⇒ = 2i = 3j = 2 8 142 3 3 k k = + = 3i = 4j = 2 8 2043 3 k k = + = 2m = 2j i= + ( )( ) ( )2 2 2 2 3 4 62 3 3 6 01 i i i i ii i i i + + +≤ ⇒ ≥ ⇒ − − ≤+ + 10 / 36 ∴ ,此时 , 无解; ③当 时, ,此时 ,无正整数 解,舍去. 综上:存在 , 满足题意. 2.已知数列 的前 项和 ,对任意正整数 ,总存在正数 使得 , 恒成立: 数列 的前 项和 ,且对任意正整数 , 恒成立. (1)求常数 的值; (2)证明数列 为等差数列; (3)若 ,记 ,是否存在正整数 ,使得 对任意正整数 , 恒成立,若存在,求正整数 的最小值,若不存在,请说明理由. 【答案】(1) (2)见解析(3)正整数 的最小值为 4 【解析】 ∵ 为正数 ∴ . 又∵ , ,且 ∴ . 3j i= + ( )( ) ( ) 2 2 23 48 7 12 8 16 7 9 12 02 i i i i i i i ii i + +≤ ⇒ + + ≥ + ⇒ + − ≤+ 1i = 2j = 1i = 3j = 2 8 142 3 3 k k = + = ⇒ 3m = { }na n nS n , ,p q r 1n na p −= n nS q r= − { }nb n nT n 2 n nT nb= , ,p q r { }nb 1 2b = 31 2 22 2 2 4n n n n n bn b n bP a a a ++ += + + 1 2 1 2 2 2 2 n n n n n n n b n b a a − − − + ++…+ + k n nP k≤ k 2 r=1p q= = , k ,p q 2p q= = 1 1a = 1S q r= − 1 1a S= 1r = 11 / 36 (2)∵ ③ ∴当 时, ④, ∴③-④得: ,即 ⑤, 又∵ ⑥ ∴⑤+⑥得: ,即 ∴ 为等差数列. (3)∵ , ,由(2)知 为等差数列 ∴ . 又由(1)知 , ∴ , 又∵ , ∴ , 令 得 , ∴ ,解得 , ∴ 时, ,即 , ∵ 时, , ∴ ,即 . 此时 ,即 , ∴ 的最大值为 若存在正整数 ,使得对任意正整数 , 恒成立,则 , ∴正整数 的最小值为 4. 类型三 新数列中定义理解与应用问题 2 n nT nb= 2n ≥ ( )1 12 1n nT n b− −= − ( ) 12 1n n nb nb n b −= − − ( ) ( ) 12 1n nn b n b −− = − ( ) 11 n nn b nb+− = ( ) ( ) ( )1 12 2 1 1n n nn b n b n b− +− = − + − 1 12 n n nb b b− += + { }nb 1 0b = 2 2b = { }nb 2 2nb n= − 12n na −= 1 2 2 2 2 2n n n n nP − += + 2 3 2 2 4 4 4 2 2 2n n n n − − − −+ + + 1 2 2 2n n nP + += + + 2 3 2 2 2 1 2 4 4 4 2 4 4 2 2 2 2 2n n n n n n n n − − − − − ++ + + 1 2 1 2 1 4 4 2 2 2 2 2n n n n n n n nP P+ − − +− = + − 12 2 4 2 4 n n n n+ − ⋅= 1 0n nP P+ − > 12 2 4 2 0nn n+ − ⋅ > 6 1 12 3 42 2 n n n n +< = + < 1n = 1n = 1 0n nP P+ − > 2 1p P> 2n ≥ 2 4n ≥ 13 42n + < 1 6 12 3 2 2 n n n n +> + = 12 2 4 2 0nn n+ − ⋅ < 1n nP P+ < 2 3 4p p p> > > nP 2 2 2 2 2 2 7 2 2 2nP × × += + = k n nP k≤ max 7 2k P≥ = k 12 / 36 典例 3.(2020 江苏南京盐城一模)定义:若无穷数列 满足 是公比为 的等比数列,则称数列 为“ 数列”.设数列 中 (1)若 ,且数列 是“ 数列”,求数列 的通项公式; (2)设数列 的前 项和为 ,且 ,请判断数列 是否为“ 数列”,并说 明理由; (3)若数列 是“ 数列”,是否存在正整数 ,使得 ?若存在,请求出所有 满足条件的正整数 ;若不存在,请说明理由. 【答案】(1) ;(2)是“ 数列”,证明见解析;(3)存在, ; 【解析】 【分析】(1)计算 ,故 是公比为 1 的等比数列,计算得到答案;(2) 是“ ”数列,化简得到 ,即 ,得到证明;(3) 是公比为 2 的等比数列, ,利用累加法得到 ,得到 ,计算得到答案. 【详解】(1)由题意可得 , 由数列 为“ 数列”可得 ,即 , 则 是公比为 1 的等比数列,即 , 则 是首项为 1,公差为 3 的等差数列, ; (2) 是“ ”数列,, 理由如下: 时,由 ,可得 , 两式作差可得 即 , 则 ,两式作差可得 ,即 , 由 ,可得 ,则 , 则 对任意 成立,则 为首项是 ,公比为 3 的等比软列, { }na { }1n na a+ − q { }na ( )M q { }nb 1 31, 7b b= = 2 4b = { }nb ( )M q { }nb { }nb n nS 1 12 2n nb S n λ+ = − + { }nb ( )M q { }nb (2)M ,m n 4039 4040 2019 2019 m n b b < < ,m n 3 2nb n= − ( )M q 11, 10m n= = 2 1 3 23, 3b b b b− = − = { }1n nb b+ − { }nb ( )M q 1 12 2n n nb b b+ − = − ( )2 1 13n n n nb b b b+ + +− = − { }1n nb b+ − 1 2n n nb b+ − = 2 1n nb = − 1m n= + 2 1 3 23, 3b b b b− = − = { }nb ( )M q ( )3 2 2 1b b q b b− = − 1q = { }1n nb b+ − 2 1 * 1 3,n nb b b b n N+ − = − = ∈ { }nb 3 2nb n= − { }nb ( )M q 2n ≥ 1 12 2n nb S n λ+ = − + 1 12 ( 1)2n nb S n λ−= − − + 1 12 2n n nb b b+ − = − 1 13 , 22n nb b n+ − = − ≥ 2 1 13 2n nb b+ +− = − 2 1 13 3n n n nb b b b+ + +− = − ( )2 1 13 , 2n n n nb b b b n+ + +− = − ≥ 3 2 3 13 , 72b b b− = − = 2 5 2b = ( )3 2 2 1 9 33 32 2b b b b− = = × = − ( )2 1 13n n n nb b b b+ + +− = − *n N∈ { }1n nb b+ − 3 2 13 / 36 则 为 数列; (3)由 是 数列,可得 是公比为 2 的等比数列, 即 ,则 ,由 ,可得 ,则 , 则 , 则 ,若正整数 满足 ,则 , 由 ,则 ,则 , 若 ,则 ,不满足 , 若 ,则 ,则 ,即 , 则 ,则正整数 ,则 ; 因此存在满足条件的 . 【名师点睛】 本题三个难点,一是数列新定义,利用新定义确定等比数列首项,再代入等比数列通项公式求解,二是利 用放缩法求证不等式,放缩目的,是将非特殊数列转化为特殊数列,从而可利用特殊数列性质,以算代征, 三是结论含义的应用,实质又是一个新定义,只不过是新定义的性质应用. 【举一反三】 设数列 A: , ,… ( ).如果对小于 ( )的每个正整数 都有 < ,则称 是数 列 A 的一个“G 时刻”.记“ 是数列 A 的所有“G 时刻”组成的集合. (1)对数列 A:-2,2,-1,1,3,写出 的所有元素; (2)证明:若数列 A 中存在 使得 > ,则 ; (3)证明:若数列 A 满足 - ≤1(n=2,3,…,N),则 的元素个数不小于 - . 【答案】(1) 的元素为 和 ;(2)详见解析;(3)详见解析. 【解析】 { }nb ( )M q { }nb (2)M { }1n nb b+ − ( )1 1 2 12n n nb b b b− + − = − ( )3 2 2 12b b b b− = − 1 31, 7b b= = 2 3b = 1 2n n nb b+ − = ( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 1 3 2 1 2 2 2 2 2n n n n nb b b b b b b b − −− = − + − + + − = + + + = −  2 1n nb = − ,m n 4039 4040 2019 2019 m n b b < < 4039 2 1 4040 2019 2 1 2019 m n −< − > 2 1 2 1m n− > − m n> 2m n≥ + 22 1 2 1 34 42 1 2 1 2 1 m n n n n +− −≥ = + >− − − 4039 2 1 4040 2019 2 1 2019 m n −< ≤≤∈ ∗ 1,2 aaNiNi i { }1,2min aaNiNim i >≤≤∈= ∗ 2≥m mk aaamk ∅≠)(AG { } pp nnnnnnAG 4m = 5 4 5 3 04c c −− = < 4m > 1 0m mc c+ − > 4 5 6c c c> < ( )f x [ )5,+∞ ( )1 1f = ( ) ( )2 4 0f f= = ( )3 1f = − ( )5 7f = 1,2,3,n m= ⋅⋅⋅ 22nL n− + − 22mL m− + − 22nL n+ − 1L − k 22 1mL m L− − ≤+ − 22 1 2 m mL − +≥ L 22 1 2 m m− − 22 1 2 m mk − −= { }na { }nb { }nc *n N∈ 1na + n nb c− 1nb + n nc a− 1nc + n na b− nd { }, ,n n nmax a b c { }, ,max x y z 3 x y z 19 / 36 (1)若 = , = , = ,求 , , 的值; (2)若 = , = ,求满足 = 的 的所有值; (3)设 , , 是非零整数,且 , , 互不相等,证明:存在正整数 ,使得数列 , , 中有且只有一个数列自第 项起各项均为 . 【答案】(1) = , = , = .(2) , , , .(3)见详解 【解析】 【分析】(1)由题意代入分别求出 , , 的值;(2)设 = ,的值,讨论 的函数表达式,进而得出 , , , , , 都用 表示,进而求出所有的 的值;(3)分类讨论:先 , , 都不为零, 由题意得出矛盾;所以存在正整数 ,使 , , 中至少有一个为零,再讨论两个为零得出矛盾, 以此类推,即有:对 , = , = , = , ,此时有且仅有一个数列 自 项起各项均为 . 【详解】(1)由题意: = = = ; = = = ; = = = ;以此类 推,看得出 = , = , = . (2)若 = , = , = ,则 = , = , = , , = , = , = , 当 时, = , = , = , = ,由 = ,得 = ,不符合题意. 当 , = , = , = , ,由 = , 得 = ,符合题意. 当 , = , = , = , 由 = ,得 = ,符合题意, 1a 1 1b 2 1c 4 4a 4b 4c 1a 1 1b 2 2d 3d 1c 1a 1b 1c 1a 1b 1c k { }na { }nb { }nc k 0 4a 0 4b 1− 4c 1 2− 1− 1 2 4a 4b 4c 1c x 2d 2a 3a 2b 3b 2c 3c x 1c ka kb kc 3k ≥ ka kb kc n k∀ ≥ na 0 1nb + kc 1nc + kc− 0kc ≠ { }na k 0 2a 1 1b c− 2 4− 2− 2b 1 1c a− 4 1− 3 2c 1 1a b− 1 2− 1− 4a 0 4b 1− 4c 1 1a 1 1b 2 1c x 2a 2 x− 2b 1x − 2c 1− 3a 1 1x − − 3b 1 2 x− − 3c 2 1|x x− − − 0 1x≤ < 3a x− 3b 1|x − 3c 1 3d 1 3d 2d | x 1 1 2x≤ < 3a 2x − 3b 1x − 3c 3 2 x− 3d 2d x 1 2x ≥ 3a 2x − 3b 3 x− 3c 1− 3d 2d x 2 20 / 36 综上 的取值是: , , , . (3)先证明:存在正整数 ,使, , , 中至少有一个为零, 假设对任意正整数 , , , 都不为零,由 , , 是非零整数,且 , , 互不相等,得 , , 若对任意 , , , 都不为零,则 .即对任意 , . 当 时, = , = , = , 所以 = ,所以 单调递减,由 为有限正整数,所以必存在正整数 ,使得 ,矛盾, 所以存在正整数 ,使 , , 中至少有一个为零, 不妨设 = ,且 , … ,则 = ,且 = , 否则若 = = ,因为 = , 则必有 = = = ,矛盾. 于是, = , = ,且 = ,所以, = , = , = = , 以此类推,即有:对 , = , = , = , , 此时有且仅有一个数列 自 项起各项均为 . 综上:结论成立. 4.(2020 江苏扬州期末考试)对于项数为 m( 且 )的有穷正整数数列 ,记 ,即 为 中的最小值,设由 组成的数列 称为 的“新型数列”. (1)若数列 为 2019,2020,2019,2018,2017,请写出 的“新型数列” 的所有项; 1c 2− 1− 1 2 3k ≥ ka kb kc 3k ≥ ka kb kc 1a 1b 1c 1a 1b 1c 1 *d N∈ * 2d N∈ 3k ≥ ka kb kc *kd N∈ 1k ≥ *kd N∈ 1k ≥ 1ka + { }| ,k k k k kb c max b c d− < ≤ 1kb + k k kc a d− < 1kc + k k ka b d− < 1kd + { }1 1 1, ,k k k kmax a b c d+ + + < { }kd 2d 3m ≥ 0md ≤ 3k ≥ ka kb kc ka 0 1 0a ≠ 2 0a ≠ 1 0ka − ≠ 1kb − 1kc − 1kb − 1 1k kc a− −≠ 1kb − 1kc − 1ka − 1 1 1k k ka b c− − −+ + 0 1ka − 1kb − 1kc − 0 kb 1 1 0k kc a− −− ≠ kc 1 1 0k ka b− −− ≠ kb kc− 1ka + 0 1kb + kc 1kc + kb− kc− n k∀ ≥ na 0 1nb + kc 1nc + kc− 0kc ≠ { }na k 0 *m∈N 1m > { }na { }1 2min , , ,k kb a a a= ⋅⋅⋅ ( 1,2, , )k m= ⋅⋅⋅ kb 1 2, , , ka a a⋅⋅⋅ 1 2 3, , , , mb b b b⋅⋅⋅ { }nb { }na { }na { }na { }nb 21 / 36 (2)若数列 满足 ,且其对应的“新型数列” 项数 ,求 的所 有项的和; (3)若数列 的各项互不相等且所有项的和等于所有项的积,求符合条件的 及其对应的“新型数列” . 【答案】(1)数列 为 2019,2019,2019,2018,2017(2) (3)满足题意的数列 : .所以对应的“新型数列” 分别为: . 【解析】 【分析】(1)根据 的定义直接写出 的所有项;(2)首先推出 关于 n 递减,则 中共 21 项且各 项分别与 中各项相同,相加利用等比数列的前 n 项和公式即可得解.(3)先不妨设数列 单调递增, 分 、 、 三种情况讨论,求出满足题意的数列 ,进而求得对应的“新型数列” . 【详解】(1)数列 为 2019,2019,2019,2018,2017; (2)由已知得:当 时, 关于 n 递减;当 时, 关于 n 递减, 又 时, 关于 n 递减. , . 又 , . 共 21 项且各项分别与 中各项相同, 其和为 . (3)先不妨设数列 单调递增, 当 时, , , { }na 101 , 62 22 , 7 n n na n n −  ≤ =    − ≥ { }nb [21,30]m∈ { }nb { }na { }na { }nb { }nb 1128 { }na 1,2,3; 1,3,2; 2,1,3; 2,3,1; 3,1,2; 3,2,1 { }nb 1,1,1; 1,1,1; 2,1,1; 2,2,1; 3,1,1; 3,2,1 kb { }nb { }na { }nb { }na { }na 2m = 3m = 4m≥ { }na { }nb { }nb 6n ≤ { }na 7n ≥ { }na 6 7 ,a a> *n N∴ ∈ { }na *Nna ∈ 21m∴ ≤ [21,30]m∈ 21m∴ = { }nb∴ { }na 2 6 21 1 1 11024 1024 1024 15 14 12 2 2T      = + +⋅⋅⋅+ + + +⋅⋅⋅+           6 1 11 15(15 1)2 21024 1 21 2  −  + = + − 1128= { }na 2m = * 1 2,a a N∈ 1 2 1 2 22a a a a a+ = { }na { }na 1,2,3; 1,3,2; 2,1,3; 2,3,1; 3,1,2; 3,2,1 { }nb 1,1,1; 1,1,1; 2,1,1; 2,2,1; 3,1,1; 3,2,1 { }na { }nb 1 1 2 2 3 34, 6 2 2, 2 4a b b a b a= = = − = +, { }na { }nb { }nc 1 1 1, 2 2 ,1, , 2 , k k n k k nc c b n + < m,都有 ≥ Cm. 【答案】(1)证明见解析;(2)① ;②证明见解析 【解析】 【分析】(1)分别可得 , ,二者求和可得 ,进而得证;(2)①分别可得 , ,二者整理可得 ,即可证明 是首项为 ,公比为 2 1 n i i i a c = ∑ { }na d { }nb q ( ) ( )2 6 2 4 2 6 2 6 2 4 2 4 12 4 q d d q d d  = + − = + = + + = + 3 2 d q =  = 4 ( 1) 3 3 1na n n= + − × = + 16 2 3 2n n nb −= × = × { }na 3 1na n= + { }nb 3 2n nb = × ( ) ( ) ( )( )2 2 21 1 3 2 1 3 2 1 9 4 1n n n n n n na c a b− = − = × + × − = × − ( ){ }2 2 1n na c − ( )2 2 1 9 4 1n n na c − = × − ( )2 2 1 1 1 n n i i i i i i i a c a a c = = = + −  ∑ ∑ ( )2 2 2 2 1 1 1 n n i ii i i a a c = = = + −∑ ∑ ( )2 2 1 2 4 32 n n n  − = × + ×   ( ) 1 9 4 1 n i i= + × −∑ ( ) ( )2 1 1 4 1 4 3 2 5 2 9 1 4 n n n n− − − = × + × + × −− ( )2 1 1 *27 2 5 2 12n n n n N− −= × + × − − ∈ 1 1 ( 1) ( )2 n n na a Rλ λ− − −= + ∈ 2 2 3n nb a= + 2 1 1 3 n in i Cn an = = ⋅ ∑ pC 2 43 n nb = ⋅ ( )2 +1 2 +1 2 2 1 1 12 n n n na a a − −= + = + ( )2 2 2 1 2 1 1 1 2 n n n na a a− − − −= + = 2 1 2 1 1n na a+ −− = ( )2 2 2 2 2 1 2 1 1 12 22 n n n na a a + + + + − −= + = ( )2 1 2 1 2 2 1 12 2 12 n n n na a a + + − −= + = + 2 2 24 2n na a+ = + { }nb 8 3 24 / 36 4 的等比数列,进而求得通项公式;②先求得 与 的通项公式,则 ,则 ,进而利用数列的单调性证明即可 【详解】(1)证明:当 时, , ①, ②, 则① ②得 , 当 时, , 是首项为 1,公差为 1 的等差数列 (2)①当 时, , 当 时, , ①, ②, ① ② 得 , ,即 , , 是首项为 ,公比为 4 的等比数列, { }2na { }2 1na − ( ) ( )2 1 3 2 1 2 4 2 1 n i n n i a a a a a a a− = = + + + + + + +∑   ( )4 4 13 n n= − − 1 1 1 1 4 4 4 3 4 3 3 3 3 n n n n n nC nn n + + +   − −= − − = ⋅ ⋅  1λ = ( ) 1 1 1 2 n n na a − − −= + ( )2 +1 2 +1 2 2 1 1 12 n n n na a a − −∴ = + = + ( )2 2 2 1 2 1 1 1 2 n n n na a a− − − −= + = + 2 1 2 1 1n na a+ −− = 1n = 1 1a = { }2 1na −∴ 2λ = ( ) 1 1 12 2 n n na a − − −= + 2n = ( )2 2 1 1 12 22a a − −= + = ( )2 2 2 2 2 1 2 1 1 12 22 n n n na a a + + + + − −∴ = + = ( )2 1 2 1 2 2 1 12 2 12 n n n na a a + + − −= + = + + 2× 2 2 24 2n na a+ = + 2 2 2 2 243 3n na a+  ∴ + = +   1 4n nb b+ = 1 2 2 2 823 3 3b a= + = + = { }nb\ 8 3 25 / 36 ②由(2)①知 , 同理由 可得 , , 当 时, , 是首项为 ,公比为 4 的等比数列, , , , 当 时, ; 当 时, ; 当 时, , 18 24 43 3 n n nb −∴ = ⋅ = ⋅ ( )2 2 4 13 n na = − 2 1 2 2 2 1 2 1 2 n n n n a a a a + − = +  = 2 1 2 14 1n na a+ −= + 2 1 2 1 1 143 3n na a+ −  ∴ + = +   1n = 1 1 1 413 3 3a + = + = 2 1 1 3na −  ∴ +   4 3 1 2 1 1 4 14 43 3 3 n n na − −∴ + = ⋅ = ⋅ ( )2 1 1 4 13 n na −∴ = − ( ) ( )2 1 3 2 1 2 4 2 1 n i n n i a a a a a a a− = ∴ = + + + + + + +∑   ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 81 4 1 4 2 4 8 43 3 4 1 4 1 4 11 4 3 1 4 3 9 9 3 n n n n nn n n n − − = − + − = − + − − = − −− − 1 1 1 1 4 4 4 3 4 3 3 3 3 n n n n n nC nn n + + +   − −∴ = − − = ⋅ ⋅  ( ) ( ) 2 1 1 2 1 4 3 1 4 4 3 4 1 3 3 n n n n n n n nC C n n + + + + + − + − − −− = −+ ⋅ ⋅ ( ) ( )( ) ( ) 2 1 2 4 3 1 4 3 1 4 3 4 1 3 n n n n n n n n n + + +  − + − − + − − = + ⋅ ( ) ( ) 1 2 2 3 4 6 6 8 12 1 3 n n n n n n n n + + − + + + += + ⋅ ( ) ( ) 1 2 2 3 4 6 14 12 1 3 n n n n n n n + + − ⋅ + + += + 1n = 2 1 3 2 16 6 14 12 02 3C C − × + + +− = =× 2n = 2 1 3 64 24 28 12 02 3 3C C − + + +− = =× × 3n ≥ 1 0n nC C+ − > 26 / 36 对于一切 ,都有 ,故对任意 ,当 时, 7.(2020 江苏淮安六校联考)对于 若数列 满足 则称这个数列为“ 数列”. (1)已知数列 1, 是“ 数列”,求实数 的取值范围; (2)是否存在首项为 的等差数列 为“ 数列”,且其前 项和 使得 恒成立?若存在, 求出 的通项公式;若不存在,请说明理由; (3)已知各项均为正整数的等比数列 是“ 数列”,数列 不是“ 数列”,若 试判断 数列 是否为“ 数列”,并说明理由. 【答案】(1) ;(2)见解析;(3)见解析. 【解析】 试题分析:(1)根据题目中所定义的“ 数列”,只需 同时满足,解不等式 可解 m 范围.(2)由题意可知,若存在只需等差数列的公差 ,即 < ,代 入 n=1,n>1,矛盾.(3)设数列 的公比为 则 , ,满足“ 数列”,即 只需最小项 即 不是“ 数列”,且 为最小项, 所以 即 ,所以只能 只有解 或 分两类讨 论数列 . 试题解析:(Ⅰ)由题意得 解得 所以实数 的取值范围是 (Ⅱ假设存在等差数列 符合要求,设公差为 则 ∴ n ∗∈N 1n nC C+ ≥ ,p m N ∗∈ p m> p mC C≥ *,n N∀ ∈ { }nx 1 1,n nx x+ − > K 21,m m+ K m 1− { }na K n nS 21 2nS n n< − { }na { }na K 1 2 na    K 1 ,1 n n ab n += + { }nb K 2m > K ( ) ( )21 1 1, 1 1,m m m+ − > − + > 1d > ( )1 2n n nS n d −= − + 21 2 n n− { }na ,q 1 1 n na a q −= * na N∈ K ( )1 1 1 0,n n n n na a a q a a q− − = − = − > > 2 1 1,a a− > ( )1 11 1, 2 na q a − >    K 2 1 1 1 2 2a a− 2 1 1 1 1,2 2a a− ≤ ( )1 1 2a q − ≤ ( )1 1 2,a q − = 1 1, 3a q= = 1 2, 2.a q= = { }nb ( )1 1 1,m + − > ( )2 1 1,m m− + > 2,m > m 2.m > { }na ,d 1,d > 27 / 36 由 得 由题意,得 对 均成立,即 ①当 时, ②当 时, 因为 所以 与 矛盾, 所以这样的等差数列不存在. (Ⅲ)设数列 的公比为 则 因为 的每一项均为正整数,且 所以在 中,“ ”为最小项. 同理, 中,“ ”为最小项. 由 为“ 数列”,只需 即 又因为 不是“ 数列”,且 为最小项, 所以 即 , 由数列 的每一项均为正整数,可得 所以 或 ①当 时, 则 令 则 1 1,a = − ( )1 ,2n n nS n d −= − + ( ) 21 1 2 2 n nn d n n −− + < − *n N∈ ( )1 .n d n− < 1n = ;d R∈ 1n > ,1 nd n < − 11 1,1 1 n n n = + >− − 1,d ≤ 1d > { }na ,q 1 1 ,n na a q −= { }na ( )1 1 1 0,n n n n na a a q a a q− − = − = − > > { }1n na a −− 2 1a a− 1 1 1 2 2n na a −  −   2 1 1 1 2 2a a− { }na K 2 1 1,a a− > ( )1 1 1,a q − > 1 2 na    K 2 1 1 1 2 2a a− 2 1 1 1 1,2 2a a− ≤ ( )1 1 2a q − ≤ { }na ( )1 1 2,a q − = 1 1, 3a q= = 1 2, 2.a q= = 1 1, 3a q= = 13 ,n na −= 3 ,1 n nb n = + ( )* 1 ,n n nc b b n N+= − ∈ ( )( ) 13 3 2 13 ,2 1 1 2 n n n n nc n n n n + += − = ⋅+ + + + 28 / 36 又 所以 为递增数列,即 所以 所以对于任意的 都有 即数列 为“ 数列”. ②当 时, 则 因为 所以数列 不是“ 数列”. 综上:当 时,数列 为“ 数列”, 当 时, 数列 不是“ 数列”. 8.(2020 江苏月考)数列 满足 对任意的 恒成立, 为其前 n 项 的和,且 , . (1)求数列 的通项 ; (2)数列 满足 ,其中 . ①证明:数列 为等比数列; ②求集合 【答案】(1) ;(2)①过程见详解;② . 【解析】 【分析】(1)先由题意,得到数列 是等差数列,设公差为 ,根据题中条件,求出首项与公差,进而 可求出通项公式;(2)①根据(1)的结果,将 ( )( ) ( )( )1 2 3 2 13 32 3 1 2 n nn n n n n n + + +⋅ − ⋅+ + + + ( )( ) 23 4 8 6 0,2 1 3 n n n n n n + += ⋅ >+ + + { }nc 1 2 1,n n nc c c c− −> > > ⋅⋅⋅ > 2 1 3 33 1,2 2b b− = − = > *,n N∈ 1 1,n nb b+ − > { }nb K 1 2, 2a q= = 2 ,n na = 12 .1 n nb n + = + 2 1 2 1,3b b− = ≤ { }nb K 1 1, 3a q= = { }nb K 1 2, 2a q= = 2 ,n na = { }nb K { }na 1 12n n na a a+ −= − *2,n n N≥ ∈ nS 4 4a = 8 36S = { }na na { }nb ( )1 2 1 2 2 3 2 1 2 1 3 2 1 2n n n k n k n nb a b a b a b a a− − + −+ + ⋅⋅⋅ + + ⋅⋅⋅ + = − − *1,2, , ,= ⋅⋅⋅ ∈k n n N { }nb ( ) *3, , , .pm m p aam p m p Nb b   = ∈     *,na n n N= ∈ ( ){ }6,8 { }na d 29 / 36 化为 ,得到 ( ),两式作差整理,得到 ,进而可求出 ,判断出结果; ②先由 得到 ,即 ,判断出 ,得到 ,设 ,得到 ,分别研究 对应的情况,再由导数的方法证明当 , 时, ,即可得出结果. 【详解】(1)因为数列 满足 对任意的 恒成立, 所以数列 是等差数列,设公差为 , 因为 , ,所以 ,解得: , 因此 ; (2)①因为数列 满足 , , 所以 ( ), 两式作差可得: ( ), 又 也满足上式,所以 , 记数列 的前 项和为 , 则 , 当 时, ,两式作差可得: , 所以 , ( )1 2 1 2 2 3 2 1 2 1 3 2 1 2n n n k n k n nb a b a b a b a a− − + −+ + ⋅⋅⋅ + + ⋅⋅⋅ + = − − ( ) ( )1 22 1 (2 3) 3 2 1 2− + − +⋅⋅⋅+ = − −n nb n b n b n ( ) ( )1 1 2 1(2 3) 2 5 3 2 1 2 2− −− + − +⋅⋅⋅+ = − − +n nb n b n b n *2,n n N≥ ∈ 2 1 3 2n n nb b − −+ = ⋅ 12n nb −= 3 pm m p aa b b = 32 p m p m − = n n n ac b = 1n nc c +≥ 2 1 ln( ) xf ' x x −= ( ) 0f ' x = (1,e) ( )f ' x ln 2 ln8 ln9 ln3 2 6 6 3 = < = max ln3( ) (3) 3f k f= = 3 3q = ln lnk qk  kk q≤ 1kq k− ≤ 34 / 36 所以 q 不存在.因此所求 m 的最大值小于 6. 综上,所求 m 的最大值为 5. 11.对于数列 ,把 作为新数列 的第一 项,把 或 作为新数列 的第 项,数列 称为数列 的一个生成数列.例如,数列 的一个生成数列是 .已 知数列 为数列 的生成数列, 为数列 的前 项和. (1)写出 的所有可能值; (2)若生成数列 满足 ,求数列 的通项公式. 【答案】(1) ;(2) . 【 解 析 】 ( 1 ) 由 已 知 , , 由 于 可能值为 . (2) ,当 时, .当 时, , 是 的生成数列, ,在以上各种组合中,当且仅当 时才成立. . { }na 1a { }nb ia ( )2,3,4,...,ia i n− = { }nb i { }nb { }na 1,2,3,4,5 1, 2, 3,4,5− − { }nb ( )1 2n n N ∗  ∈   nS { }nb n 3S { }nb 3 1 117 8n nS  = −   { }nb 1 3 5 7, , ,8 8 8 8 1 , 3 22 ( )1 , 3 22 n n n n k b k N n k ∗  = −= ∈ − ≠ − ( )1 2 3 1 1 1 1, , 2 , ,2 2 4 8n nb b n N n b b∗= = ∈ ≥ ∴ = ± = ± 3 1 1 1 7 1 1 1 5 1 1 1 3 1 1 1 1, , , ,2 4 8 8 2 4 8 8 2 4 8 8 2 4 8 8 S+ + = + − = − + = − − = ∴ 1 3 5 7, , ,8 8 8 8 3 1 117 8n nS  = −   1n = 1 2 3 3 1 1 117 8 8a a a S  + + = = − =   2n ≥ 3 2 3 1 3 3 3 3 1 1 1 1 1 11 17 8 7 8 8n n n n n n n na a a S S− − − −    + + = − = − − − =       { }3 2 3 1 3 1 , ,8n n n nna a a n N b∗ − −∴ + + = ∈  ( )1 2n n N ∗  ∈   3 2 3 1 3 3 2 3 1 33 2 3 1 3 1 1 1; ; ,2 2 2n n n n n nn n nb b b b b b− − − −− −∴ = ± = ± = ± ∴ + + ( ) ( )3 2 3 1 3 1 1 1 1 14 2 12 2 2 8 8n n n n n n N ∗ − −= ± ± ± = ± ± ± = ∈ ( )3 2 3 1 3 4 2 1, ,8 8 8n n nn n nb b b n N ∗ − −= = − = − ∈ 1 , 3 22 ( )1 , 3 22 n n n n k b k N n k ∗  = −∴ = ∈ − ≠ − 35 / 36 12.已知数列 满足 , ,其中 , , 为非零常数. (1)若 , ,求证: 为等比数列,并求数列 的通项公式; (2)若数列 是公差不等于零的等差数列. ①求实数 , 的值; ②数列 的前 项和 构成数列 ,从 中取不同的四项按从小到大排列组成四项子数列.试问: 是否存在首项为 的四项子数列,使得该子数列中的所有项之和恰好为 2017?若存在,求出所有满足条件 的四项子数列;若不存在,请说明理由. 【答案】(1) (2)① , , .② , , 【解析】 为 2 为首项,3 为公比的等比数列, , . (2)①设 , 由 得 , , 对任意 恒成立. 令 ,2,3,解得, , , . { }na 1 1a = 2 1 4 2 n n n n a aa a λ µ + + += + *Nn∈ λ µ 3λ = 8µ = { }1na + { }na { }na λ µ { }na n nS { }nS { }nS 1S 12 3 1n na −= ⋅ − 1λ = 4µ = 2 1na n= − { }1 4 8 44, , ,S S S S { }1 12 24 36, , ,S S S S { }1 4 20 40, , ,S S S S { }1na∴ + 11 2 3n na −∴ + = ⋅ 12 3 1n na −∴ = ⋅ − ( )1 1na a n d= + − 1dn d= − + 2 1 4 2 n n n n a aa a λ µ + + += + ( )1 2n na a+ + = 2 4n na aλ µ+ + ( )( )3 1dn d dn∴ − + + ( )21dn dλ= − + ( )1 4dn dµ+ − + + ( )2 2 24 3d n d d n d∴ ⋅ + − − + ( )( )2 2 2 1d n dλ λ µ= + − + ( )21dn dλ+ − + ( )1 4d µ− + *Nn∈ 1n = 1λ = 4µ = 2d = 36 / 36 经检验,满足题意. 综上, , , . ②由①知 . 设存在这样满足条件的四元子列,观察到 2017 为奇数,这四项或者三个奇数一个偶数、或者一个奇数三个 偶数. 1°若三个奇数一个偶数,设 , , , 是满足条件的四项, 则 , ,这与 1007 为奇数矛盾,不合题意舍去. 2°若一个奇数三个偶数,设 , , , 是满足条件的四项, 则 , . 由 504 为偶数知, , , 中一个偶数两个奇数或者三个偶数. 1)若 , , 中一个偶数两个奇数,不妨设 , , , 则 ,这与 251 为奇数矛盾. 2)若 , , 均为偶数,不妨设 , , , 则 ,继续奇偶分析知 , , 中两奇数一个偶数, 不妨设 , , ,则 . 因为 , 均为偶数,所以 为奇数,不妨设 , 当 时, , ,检验得 , , , 当 时, , ,检验得 , , , 当 时, , ,检验得 , , , 即 , , , 或者 , , , 或者 , , , 满足条件, 综上所述, , , 为全部满足条件的四元子列. 1λ = 4µ = 2 1na n= − ( ) 21 2 1 2n n nS n + −= = 1S 2 1xS + 2 1yS + 2zS ( )21 2 1x+ + + ( )2 22 1 4 2017y z+ + = ( )2 2 22 x x y y z∴ + + + + 1007= 1S 2xS 2 yS 2zS 2 21 4x+ + 2 24 4 2017y z+ = 2 2 2 504x y z∴ + + = x y z x y z 12x x= 12 1y y= + 12 1z z= + ( )2 2 2 1 1 1 1 12 x y y z z+ + + + 251= x y z 12x x= 12y y= 12z z= 2 2 2 1 1 1 126x y z+ + = 1x 1y 1z 1 22x x= 1 22 1y y= + 1 22 1z z= + 2 2 2 2 2x y y+ + + 2 2 2 31z z+ = ( )2 2 1y y + ( )2 2 1z z + 2x 2 20 y z≤ ≤ 2 1x = 2 2 2 2 2 2y y z z+ + + 30= 2 2 2 14y y+ ≤ 2 0y = 2 5z = 2 1x = 2 3x = 2 2 2 2 2 2y y z z+ + + 22= 2 2 2 10y y+ ≤ 2 1y = 2 4z = 2 3x = 2 5x = 2 2 2 2 2 2y y z z+ + + 6= 2 2 2 2y y+ ≤ 2 0y = 2 2z = 2 5x = 1S 4S 8S 44S 1S 12S 24S 36S 1S 4S 20S 40S { }1 4 8 44, , ,S S S S { }1 12 24 36, , ,S S S S { }1 4 20 40, , ,S S S S

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