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.
(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b1=10与b2=10+m,使得|b1-b2|=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c1=3k1-1,c2=3k2-1,k1,k2∈N*
都有|c1-c2|=3|k1-k2|≠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-x0∈T,其中x0∈S,
因为S⊆A,所以x0∈{1,2,3,…,2000},
从而1≤2001-x0≤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s1,s2,都有|s1-s2|≠m.
对于上述正整数m,
从集合T={2001-x|x∈S}中任取一对元素t1=2001-x1,t2=2001-x2,其中x1,x2∈S,
则有|t1-t2|=|x1-x2|≠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b1,b2,…,bt不超过1000.k 2
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s1,s2,都有|s1-s2|≠m,
所以一定有b1+m,b2+m,…,bt+m∉S.
又bi+m≤1000+1000=2000,故b1+m,b2+m,…,bt+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+k 2
≤2000,得k≤1333,k 2
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y1,y2,
都有|y1-y2|≠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)