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第107章 一题多解!秦风的数学才情惊艳考场!(2 / 2)

构造公差:考虑集合 S′={s?k0∣s∈S}S' = \{s - k_0 | s \in S\}S′={s?k0∣s∈S}。则 min?S′=0\min S' = 0minS′=0,且 S′S'S′ 同样满足加法封闭性。若 S′S'S′ 中除了0之外还有其他元素,则必然存在一个最小正元素,记为 ddd。

证明 S′S'S′ 中的元素都是 ddd 的倍数:利用带余除法和 S′S'S′ 的加法封闭性,可以证明如果 S′S'S′ 中存在一个元素不是 ddd 的倍数,那么通过作差和取最小正元素,可以得到一个比 ddd 更小的正元素,这与 ddd 的最小性矛盾。因此,S′S'S′ 中的所有元素都是 ddd 的倍数,即 S′={md∣m∈N0}S' = \{md | m \in \mathbb{N}_0\}S′={md∣m∈N0}。

还原到集合 SSS:由此可得 S={k0+md∣m∈N0}S = \{k_0 + md | m \in \mathbb{N}_0\}S={k0+md∣m∈N0},这便是题目结论中的等差数列形式。

特殊情况讨论:如果 S′={0}S' = \{0\}S′={0},则意味着 S={k0}S = \{k_0\}S={k0}。此时,根据条件1,k0+k0=2k0∈Sk_0 + k_0 = 2k_0 \in Sk0+k0=2k0∈S,所以 $2k_0 = k_0,推出,推出 ,推出k_0 = 0,但这与,但这与 ,但这与S中元素为正整数矛盾(除非题目允许n=0的情况,但通常竞赛题会默认集合非空)。更严谨地,如果中元素为正整数矛盾(除非题目允许n=0的情况,但通常竞赛题会默认集合非空)。更严谨地,如果中元素为正整数矛盾(除非题目允许n=0的情况,但通常竞赛题会默认集合非空)。更严谨地,如果S中只有一个元素中只有一个元素中只有一个元素k,则,则 ,则k+k=2k也在也在也在S 中,所以 \2k=k,,,k=0,矛盾。因此,矛盾。因此 ,矛盾。因此S$ 至少有两个元素。

更正:如果 S′={0}S' = \{0\}S′={0},则 S={k0}S = \{k_0\}S={k0}。此时 k0+k0=2k0k_0+k_0 = 2k_0k0+k0=2k0 必须等于 k0k_0k0,这意味着 k0=0k_0=0k0=0,与正整数矛盾。所以 S′S'S′ 不可能只有0。

再思考:如果 SSS 中所有元素都是 k0k_0k0 的倍数,即 S={mk0∣m∈Z+,m≥1}S = \{mk_0 | m \in \mathbb{Z}^+, m \ge 1\}S={mk0∣m∈Z+,m≥1},这也是题目结论的一种形式。这种情况对应于上述推导中 d=k0d=k_0d=k0 的情形。

秦风的笔尖在答题卡上飞舞,每一个步骤都清晰明了,逻辑严谨。对于他而言,完成这种“标准解法”,不过是热身运动。

“嗯,常规方法虽然稳妥,但……总感觉少了点意思。”秦风写完最后一个句号,心中暗道。他那颗被“理论极限推演”能力和“跨学科知识融通”能力打磨得无比敏锐的大脑,对于这种仅仅停留在“解出”层面的操作,已经有些“不满足”了。

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