7.S1,S2,S3为非空整数集合,对于1、2、3的任意一个排列i,j,k,若x?Si,y?Sj,则
x?y?Sk;
(1)证明:3个集合中至少有两个相等.
(2)3个集合中是否可能有两个集合无公共元素?
设x ∈ s1,且y ∈ s2
那么x-y ∈s3。
根据已知条件,
因为x-y ∈ s3,且x ∈ s1
所以-y ∈ s2。
同理可证,-x ∈ s1,以及y-x∈ s3
因此,对于任意一个集合,它的元素都是成对(一正一负)出现的。 容易知道,x+y ∈ s3,-x-y∈ s3。
如果某个集合(如S2)中含有元素0,那么由x-0=x,知道S1和S3的元素全 部相同,S1=S3。
如果x(∈ S1),y(∈ S2)都不是0,
那么S3中的元素x+y和x-y中必有一个的绝对值小于x和y中绝对值较大的一个(分同号和异号讨论)。
设|x|>|x-y|,那么取S2中的y和S3中的x-y重复使用上述规则,
从而得到一串绝对值递减的数列:|x|,|x-y|,|x-2y|,……
但是绝对值递减的整数列不能无限下去,因此必然最终得到0(无穷递降法)。 所以,我们证明了必然有一个集合中含有0元素。
8.若x≥1,xx?x0,x0?(kk,(k?1)k?1)?Q,其中k?N.求证:x?QC.(其中,Q为有理数集,QC为无理数集)
*集合与函数综合问题
例1、数集M由2003个不同的实数组成,对于M中任何两个不同的元素a和b,数是有理数.证明:对于数集M中任何一个数a,(2003年俄罗斯数学奥林匹克试题)
[分析及答案] 分析:欲证
是一个有理数,只需把
表示为几个有理数的和即可. 都是有理数.
都
证明:设a,b,c是数集M中任意三个两两不同的元素,由题设知
都是有理数,于是
是有理数.
是有理数,从而是有理数,进而是有理数.所以
是有理数.
例2、称有限集S的所有元素的乘积为S的“积数”.给定数集有含偶数个元素的子集的“积数”之和.
[分析及答案] 分析:数集M的所有子集的积数之和为
求数集M的所
设数集M的所有含偶数个元素的子集的积数和为x,所有含奇数个元素的子集的积数之和为y,
则只需再建立一个关于x,y的方程,就可解出x,y.
解答:设数集M的所有含偶数个元素的子集的积数之和为x,所有含奇数个元素的子集的积数之和为y,则
构造函数F(x)=(x-1/2)*(x-1/3)*...*(x-1/100),由定义可知X,X^3,X^5...X^97的系数和即为数集M的所有含偶数个元素的子集的“积数”之和;
设F(X)=a0+a1*x+a2*x^2+....a98*x^98+x^99;
则F(1)=a0+a1+....+a98+1=1/2*2/3*...*99/100=1/100;
F(-1)=a0-a1+.....+a98-1=-3/2*4/3*...100/99*101/100=-101/2;
所以a1+a3+...+a97=[F(1)-F(-1)-2]/2=4851/200
选A。
这了打字方便,先规定个符号,记含有n个元素的子集的积数合为An, 构建函数f(x)=(x+1/2)(x+1/3)(x+1/4)??(x+1/100) 则f(1)=3/2*4/3*5/4*??*101/100=101/2 f(-1)=(-1/2)*(-2/3)*(-3/4)*(-99/100)=-1/100 将f(x)展开得
f(x)=x^99+A1x^98+A2x^97+??+A98x+A99 f(1)=1+A1+A2+??+A99=101/2
f(-1)=-1+A1-A2+A3-??-A98+A99=-1/100
设A1+A3+A5+??A99=m,A2+A4+A6+??+A98=n 则1+m+n=101/2,-1+m-n=-1/100 解得n=50.51即为答案
例3、设集合Sn={1,2,…,n}.若X是Sn的子集,把X中的所有数的和称为X的“容量”(规定空集的容量为0).若X的容量为奇(偶)数,则称X为Sn的奇(偶)子集. (1)求证:Sn的奇子集与偶子集个数相等;
(2)求证:当n≥3时,Sn的所有奇子集的容量之和与所有偶子集的容量之和相等; (3)当n≥3时,求Sn的所有奇子集的容量之和.(1992年全国高中数学联赛试题)
[分析及答案]
分析:要证明两个集合的元素的个数一样多,一种方法是直接把这两个集合的元素个数算出来,另一种方法是在这两个集合之间建立一个一一对应.本题我们将用后一种方法来解. 解答:(1)设A是Sn的任一奇子集,构造映射f如下:
(注:A—{1}表示从集合A中去掉1后得到的集合) 所以,映射f是将奇子集映为偶子集的映射.
易知,若A1,A2是Sn的两个不同的奇子集,则f(A1)≠f(A2),即f是单射. 又对Sn的每一个偶子集B,若1∈B,则存在A=B\\{1},使得(fA)=B;若
,则存在
使得f(A)=B,从而f是满射.
所以,f是Sn的奇子集所组成的集到Sn的偶子集所组成的集之间的一一对应,从而Sn的奇子