099_02M_q10
99 學測數學 第 10 題
📅 99 年 📝 學測數學 第 10 題 題型:多選 課綱:99課綱
設 $a_1, a_2, \dots, a_n, \dots$ 為一實數數列,且對所有的正整數 $n$ 滿足 $a_{n+1} = \dfrac{n(n+1)}{2} - a_n$。請問下列哪些選項是正確的? $(1)$ 如果 $a_1 = 1$,則 $a_2 = 1$ $(2)$ 如果 $a_1$ 是整數,則此數列的每一項都是整數 $(3)$ 如果 $a_1$ 是無理數,則此數列的每一項都是無理數 $(4)$ $a_2 \le a_4 \le \dots \le a_{2n} \le \dots$ ($n$ 為正整數) $(5)$ 如果 $a_k$ 是奇數,則 $a_{k+2}, a_{k+4}, \dots, a_{k+2n}, \dots$ 都是奇數($n$ 為正整數)
  1. 如果 $a_1 = 1$,則 $a_2 = 1$
  2. 如果 $a_1$ 是整數,則此數列的每一項都是整數
  3. 如果 $a_1$ 是無理數,則此數列的每一項都是無理數
  4. $a_2 \le a_4 \le \dots \le a_{2n} \le \dots$ ($n$ 為正整數)
  5. 如果 $a_k$ 是奇數,則 $a_{k+2}, a_{k+4}, \dots, a_{k+2n}, \dots$ 都是奇數($n$ 為正整數)
遞迴數列數學歸納法整數與無理數性質奇偶性分析數列級數數列與級數
解題手法遞推觀察〔AI 推測〕
答案

$(2)(3)(4)$

多選題

詳解
我們逐項檢驗遞迴數列的性質: $(1)$ 將 $n=1$ 代入遞迴式得到: $$a_2 = \dfrac{1(2)}{2} - a_1 = 1 - a_1$$ 若 $a_1 = 1$,則 $a_2 = 1 - 1 = 0 \neq 1$,選項 $(1)$ 錯誤。 $(2)$ 對於任意正整數 $n$,連續兩整數相乘 $n(n+1)$ 必定是偶數,因此 $\dfrac{n(n+1)}{2}$ 恆為整數。 若 $a_1$ 是整數,則 $a_2 = 1 - a_1$ 也是整數;依此類推,利用數學歸納法可知數列中的每一項都是整數,選項 $(2)$ 正確。 $(3)$ 由於 $\dfrac{n(n+1)}{2}$ 恆為有理數,而有理數減去無理數依然為無理數。 若 $a_1$ 是無理數,則 $a_2 = 1 - a_1$ 必為無理數;依此類推,由數學歸納法可知每一項都是無理數,選項 $(3)$ 正確。 $(4)$ 考慮兩步的遞迴關係: $$a_{n+2} = \dfrac{(n+1)(n+2)}{2} - a_{n+1} = \dfrac{(n+1)(n+2)}{2} - \left(\dfrac{n(n+1)}{2} - a_n\right)$$ $$= \dfrac{n+1}{2} \left( (n+2) - n \right) + a_n = n + 1 + a_n$$ 即 $a_{n+2} - a_n = n + 1$。 因為對所有正整數 $n \ge 1$ 均有 $n+1 > 0$,所以 $a_{n+2} > a_n$。 這表示偶數項滿足: $$a_2 < a_4 < a_6 < \dots < a_{2n} < \dots$$ 因此 $a_2 \le a_4 \le \dots \le a_{2n} \le \dots$ 成立(嚴格不等式成立,則包含等號的弱不等式自然成立),選項 $(4)$ 正確。 $(5)$ 由 $(4)$ 的結論,我們有 $a_{k+2} = a_k + (k+1)$。 如果 $a_k$ 是奇數,且當 $k$ 是偶數時,則 $k+1$ 是奇數。此時: $$a_{k+2} = a_k + (k+1) = \text{奇數} + \text{奇數} = \text{偶數}$$ 這表示 $a_{k+2}$ 可能為偶數,並不一定都是奇數,選項 $(5)$ 錯誤。 綜上所述,正確的選項為 $(2)(3)(4)$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

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