下面,我们证明147是最小的和
假设数集A={a1,a2,…,an}(a1<a2<…<an,n≥2),满足
最小(存在性
显然,因为满足的数集A只有有限个).
第一步:首先说明集合A={a1,a2,…,an}(a1<a2<…<an,n≥2)中至少有8个元素: 由(Ⅱ)可知a2≤2a1,a3≤2a2…
又a1=1,所以a2≤2,a3≤4,a4≤8,a5≤16,a6≤32,a7≤64<72, 所以n≥8
第二步:证明an﹣1=36,an﹣2=18,an﹣3=9: 若36∈A,设at=36,因为an=72=36+36,为了使得
最小,在集合A
中一定不含有元素ak,使得36<ak<72,从而an﹣1=36;
假设36?A,根据性质P,对an=72,有ai,aj,使得an=72=ai+aj 显然ai≠aj,所以an+ai+aj=144
而此时集合A中至少还有5个不同于an,ai,aj的元素, 从而S>(an+ai+aj)+5a1=149,矛盾, 所以36∈A,进而at=36,且an﹣1=36; 同理可证:an﹣2=18,an﹣3=9
(同理可以证明:若18∈A,则an﹣2=18). 假设18?A.
因为an﹣1=36,根据性质P,有ai,aj,使得an﹣1=36=ai+aj 显然ai≠aj,所以an+an﹣1+ai+aj=144,
而此时集合A中至少还有4个不同于an,an﹣1,ai,aj的元素 从而S>an+an﹣1+ai+aj+4a1=148,矛盾, 所以18∈A,且an﹣2=18
同理可以证明:若9∈A,则an﹣3=9 假设9?A
因为an﹣2=18,根据性质P,有ai,aj,使得an﹣2=18=ai+aj 显然ai≠aj,所以an+an﹣1+an﹣2+ai+aj=144
而此时集合A中至少还有3个不同于an,an﹣1,an﹣2,ai,aj的元素 从而S>an+an﹣1+an﹣2+ai+aj+3a1=147,矛盾, 所以9∈A,且an﹣3=9)
至此,我们得到了an﹣1=36,an﹣2=18,an﹣3=9ai=7,aj=2. 根据性质P,有ai,aj,使得9=ai+aj 我们需要考虑如下几种情形:
①ai=8,aj=1,此时集合中至少还需要一个大于等于4的元素ak,才能得到元素8, 则S>148;
②,此时集合中至少还需要一个大于4的元素ak,才能得到元素7, 则S>148;
③ai=6,aj=3,此时集合A={1,2,3,6,9,18,36,72}的和最小,为147;
④ai=5,aj=4,此时集合A={1,2,4,5,9,18,36,72}的和最小,为147.…(14分) 点评: 本题考查数列的求和,突出考查反证法的应用,考查分类讨论思想与转化思想,考查构造函数的思想,an﹣1=36,an﹣2=18的证明是难点,属于难题.