已知集合A={1,2,3,…,2n}(n∈N*).对于A的一个子集S,若存在不大于n的正整数m,使得对于S中的任意一对元素s1,s2,都有|s1-s2|≠m,则称S具有性质P.
(Ⅰ)当n=10时,试判断集合B={x∈A|x>9}和C={x∈A|x=3k-1,k∈N*}是否具有性质P?并说明理由.
(Ⅱ)若n=1000时
①若集合S具有性质P,那么集合T={2001-x|x∈S}是否一定具有性质P?并说明理由;
②若集合S具有性质P,求集合S中元素个数的最大值.
分析:(Ⅰ)当n=10时,集合A={1,2,3,…,19,20},B={x∈A|x>9}={10,11,12,…,19,20},根据性质P的定义可知其不具有性质P;C={x∈A|x=3k-1,k∈N
*},令m=1<10,利用性质P的定义即可验证|c
1-c
2|≠1;(Ⅱ)当n=1000时,则A={1,2,3,…,1999,2000},①根据T={2001-x|x∈S},任取t=2001-x
0∈T,其中x
0∈S,可得1≤2001-x
0≤2000,利用性质P的定义加以验证即可说明集合T={2001-x|x∈S}具有性质P;②设集合S有k个元素.由第①问知,任给x∈S,1≤x≤2000,则x与2001-x中必有一个不超过1000,从而得到集合S与T中必有一个集合中至少存在一半元素不超过1000,然后利用性质P的定义进行分析即可求得
k+≤k+t≤2000,即
k+≤2000,解此不等式得k≤1333.
解答:解:(Ⅰ)当n=10时,集合A={1,2,3,…,19,20},B={x∈A|x>9}={10,11,12,…,19,20}不具有性质P.(1分)
因为对任意不大于10的正整数m,
都可以找到该集合中两个元素b
1=10与b
2=10+m,使得|b
1-b
2|=m成立.(2分)
集合C={x∈A|x=3k-1,k∈N
*}具有性质P.(3分)
因为可取m=1<10,对于该集合中任意一对元素c
1=3k
1-1,c
2=3k
2-1,k
1,k
2∈N
*都有|c
1-c
2|=3|k
1-k
2|≠1.(4分)
(Ⅱ)当n=1000时,则A={1,2,3,…,1999,2000}
①若集合S具有性质P,那么集合T={2001-x|x∈S}一定具有性质P.(5分)
首先因为T={2001-x|x∈S},任取t=2001-x
0∈T,其中x
0∈S,
因为S⊆A,所以x
0∈{1,2,3,…,2000},
从而1≤2001-x
0≤2000,即t∈A,所以T⊆A.(6分)
由S具有性质P,可知存在不大于1000的正整数m,
使得对S中的任意一对元素s
1,s
2,都有|s
1-s
2|≠m.
对于上述正整数m,
从集合T={2001-x|x∈S}中任取一对元素t
1=2001-x
1,t
2=2001-x
2,其中x
1,x
2∈S,
则有|t
1-t
2|=|x
1-x
2|≠m,
所以集合T={2001-x|x∈S}具有性质P.(8分)
②设集合S有k个元素.由第①问知,若集合S具有性质P,那么集合T={2001-x|x∈S}一定具有性质P.
任给x∈S,1≤x≤2000,则x与2001-x中必有一个不超过1000,
所以集合S与T中必有一个集合中至少存在一半元素不超过1000,
不妨设S中有t
(t≥)个元素b
1,b
2,…,b
t不超过1000.
由集合S具有性质P,可知存在正整数m≤1000,
使得对S中任意两个元素s
1,s
2,都有|s
1-s
2|≠m,
所以一定有b
1+m,b
2+m,…,b
t+m∉S.
又b
i+m≤1000+1000=2000,故b
1+m,b
2+m,…,b
t+m∈A,
即集合A中至少有t个元素不在子集S中,
因此
k+≤k+t≤2000,所以
k+≤2000,得k≤1333,
当S={1,2,…,665,666,1334,…,1999,2000}时,
取m=667,则易知对集合S中任意两个元素y
1,y
2,
都有|y
1-y
2|≠667,即集合S具有性质P,
而此时集合S中有1333个元素.
因此集合S元素个数的最大值是1333.(14分)
点评:此题是中档题.考查集合之间的包含关系的判断方法,以及元素与集合之间的关系等基础知识,是新定义题,在解题时注意对新概念的理解与把握是解题的关键,此题对学生的抽象思维能力要求较高,特别是对数的分析.