Question

設A（x_A，y_A），B=（x_B，y_B）為平面直角坐標系上的兩點，其中x_A，y_A，x_B，y_B∈Z．令△x=x_B-x_A，△y=y_B-y_A，若|△_x|+|△_Y|=3，且|△x|•|△y|≠0，則稱點B為點A的“相關(guān)點”，記作：B=i（A）．已知（x，y）（xy∈Z）為平面上一個定點，平面上點列{P_i}滿足：P_i=i（P_i-1），且點P_i的坐標為（x_iy_i），其中i=1，2，3，…n．
（Ⅰ）請問：點p的“相關(guān)點”有幾個？判斷這些“相關(guān)點”是否在同一個圓上，若在同一個圓上，寫出圓的方程；若不在同一個圓上，說明理由；
（Ⅱ）求證：若P與P_n重合，n一定為偶數(shù)；
（Ⅲ）若p（1，0），且y_n=100，記T=，求T的最大值．

Answer 1

【答案】分析：（I）根據(jù)絕對值的意義，可得整數(shù)△_x與△_Y在{±1，±2}中取值，滿足絕對值的和等于3，由此可得點P的相關(guān)點有8個，再根據(jù)圓的標準方程可得這些可能值對應的點在以P（x，y）為圓心，為半徑的圓上；
（II）因為P_n（x_n，y_n）與P（x，y）重合，用逐項作差再累加的方法得到等式，再將所得等式相加證出[（x_i-x_i-1）+（y_i-y_i-1）]=0，結(jié)合題意（x_i-x_i-1）+（y_i-y_i-1）（i=1，2，3，…，n）為奇數(shù)，可得左邊是n個奇數(shù)的和，根據(jù)整數(shù)加減法的奇偶性質(zhì)即可得到n一定為偶數(shù)；
（II）令△x_i=x_i-x_i-1，△y_i=y_i-y_i-1（i=1，2，3，…，n），依題意可得（y_i-y_i-1）=100．由|△x_i|+|△y_i|=3且|△x_i|的|△y_i|都是非零整數(shù)，可得當△x_i=2的個數(shù)越多，且在△x₁，△x₂，△x₃，…，△x_n-1，△x_n這個序列中，數(shù)字2的位置越靠前，應的T值越大，從而得到當△y_i取值為1或-1的次數(shù)最多時，相應地△x_i取2的次數(shù)最多，可使T的值最大．然后分n=100、n＞100和50≤n≤100時三種情況加以討論，分別根據(jù)式子中1、2的個數(shù)，結(jié)合等差數(shù)列求和公式算出T關(guān)于n的表達式，即可得到T達到最大值時，T關(guān)于n的分段函數(shù)的表達式，得到本題答案．
解答：解：（Ⅰ）∵|△_x|+|△_Y|=3，（|△x|•|△y|≠0）
∴|△_x|=1且|△_Y|=2，或|△_x|=2且|△_Y|=1，所以點P的相關(guān)點有8個…（2分）
又∵（△_x）²+（△_Y）²=3，即（x₁-x）²+（y₁-y）²=5
∴這些可能值對應的點在以P（x，y）為圓心，為半徑的圓上…（4分）
（Ⅱ）依題意P_n（x_n，y_n）與P（x，y）重合
則x_n=（x_n-x_n-1）+（x_n-1-x_n-2）+（x_n-2-x_n-3）+…+（x₃-x₂）+（x₂-x₁）+（x₁-x）+x，
y_n=（y_n-y_n-1）+（y_n-1-y_n-2）+（y_n-2-y_n-3）+…+（y₃-y₂）+（y₂-y₁）+（y₁-y）+y，
因此，可得（x_n-x_n-1）+（x_n-1-x_n-2）+（x_n-2-x_n-3）+…+（x₃-x₂）+（x₂-x₁）+（x₁-x）=0，
且（y_n-y_n-1）+（y_n-1-y_n-2）+（y_n-2-y_n-3）+…+（y₃-y₂）+（y₂-y₁）+（y₁-y）=0
兩式相加得
[（x_n-x_n-1）+（y_n-y_n-1）]+[（x_n-1-x_n-2）+（y_n-1-y_n-2）]+…+[（x₁-x）+（y₁-y）]=0（*）
∵x_i，y_i都是整數(shù)，且|x_i-x_i-1|+|y_i-y_i-1|=3（i=1，2，3，…，n）
∴（x_i-x_i-1）+（y_i-y_i-1）（i=1，2，3，…，n）為奇數(shù)，于是（*）的左邊就是n個奇數(shù)的和，
因為奇數(shù)個奇數(shù)的和還是奇數(shù)，所以左邊不可能是奇數(shù)項，可得n一定為偶數(shù)…（8分）
（Ⅲ）令△x_i=x_i-x_i-1，△y_i=y_i-y_i-1，（i=1，2，3，…，n）
依題意（y_n-y_n-1）+（y_n-1-y_n-2）+…+（y₂-y₁）+（y₁-y）=100，
∵T==x+x₁+x₂+…+x_n=1+（1+△x₁）+（1+△x₁+△x₂）+…+（1+△x₁+△x₂+…+△x_n）
=n+1+n△x₁+（n-1）△x₂+…+2△x_n-1+△x_n）…（10分）
∵|△x_i|+|△y_i|=3，且|△x_i|的|△y_i|都是非零整數(shù)，
∴當△x_i=2的個數(shù)越多，則T的值越大，
∵在△x₁，△x₂，△x₃，…，△x_n-1，△x_n這個序列中，數(shù)字2的位置越靠前，相應的值越大
且當△y_i取值為1或-1的次數(shù)最多時，△x_i取2的次數(shù)才能最多，T的值才能最大．
∴①當n=100時，令所有的△y_i都為1，且△x_i都取2，得T=101+2（1+2+…+100）=10201．
②當n＞100時，
（i）若n=2k（k≥50，k∈N₊），此時△y_i可取k+50個1，k-50個-1，且△x_i可都取2，S（n）達到最大值
從而 T=n+1+2[n+（n-1）+…+2+1]=n²+2n+1．
（ii）若n=2k+1（k≥50，k∈N₊），令△y_n=2，其余的△y_i中有k-49個-1，k+49個1．
相應的，對于△x_i，有△x_n=1，其余的都為2，可得T=n+1+2[n+（n-1）+…+2+1]-1=n²+2n
③當50≤n≤100時，令△y_i=1，i≤2n-100，△y_i=2，2n-100＜i≤n，
則相應地取△x_i=2，i≤2n-100，△y_i=1，2n-100＜i≤n，
可得T=n+1+2[n+（n-1）+…+（101-n）]+[（100-n）+（99-n）+…+2+1]=（n²+205n-10098）

綜上所述，得T=…（13分）
點評：本題給出平面坐標系內(nèi)“相關(guān)點”的定義，討論了T=的最大值問題．著重考查了絕對值的意義、等差數(shù)列的求和公式、方程的整數(shù)解和圓的標準方程等知識，屬于難題．請同學們注意答過程中逐項作差再累加求和、分類討論思想和轉(zhuǎn)化化歸方法的運用．