(13 分)设 A 是由 m × n 个实数组成的 m 行…——2012 高考数学第 20 题答案解析

2012_北京卷 (2012·理)

2012 ?? 第 20 题 解答题 区分题
2012_北京卷 (2012·理)

20.(13 分)设 $A$ 是由 $m \times n$ 个实数组成的 $m$ 行 $n$ 列的数表,满足:每个数的绝对值不大于 1 ,且所有数的和为零,记 $s(m, n)$ 为所有这样的数表构成的集合.对于 $A \in S(m, n)$ ,记 $r_{i}(A)$ 为 $A$ 的第 $i$ 行各数之和 $(1 \leqslant i \leqslant m), C_{j}$ (A)为 $A$ 的第 $j$ 列各数之和 $(1 \leqslant j \leqslant n)$ ;记 $K(A)$ 为 $\left|r_{1}(A)\right|, \mid R_{2}(A) \left|, \ldots,|\operatorname{Rm}(\mathrm{A})|,\left|\mathrm{C}_{1}(\mathrm{~A})\right|,\left|\mathrm{C}_{2}(\mathrm{~A})\right|, \ldots,|\mathrm{Cn}(\mathrm{A})|\right.$ 中的最小值。
(1)如表 $A$ ,求 $K$( $A$ )的值;

11-0.8
0.1-0.3-1

(2)设数表 $A \in S ~(2, ~ 3) ~$ 形如

11c
ab-1

求 K(A)的最大值;
(3)给定正整数 $t$ ,对于所有的 $A \in S(2,2 t+1)$ ,求 $K(A)$ 的最大值.

完整解析 · 逐步详解

【考点】F4:进行简单的合情推理;F5:演绎推理.
【专题】16:压轴题;23:新定义;5M:推理和证明.
【分析】(1)根据 $r_{i}(A), C_{j}(A)$ ,定义求出 $r_{1}(A), r_{2}(A), c_{1}(A), c_{2}(A)$ , $c_{3}(A)$ ,再根据 $K(A)$ 为 $\left|r_{1}(A)\right|,\left|R_{2}(A)\right|,\left|R_{3}(A)\right|,\left|C_{1}(A)\right|$ , $\left|\mathrm{C}_{2}(\mathrm{~A})\right|,\left|\mathrm{C}_{3}(\mathrm{~A})\right|$ 中的最小值,即可求出所求。
(2)先用反证法证明 $k(A) \leqslant 1$ ,然后证明 $k(A)=1$ 存在即可;
(3)首先构造满足 $k(A)=\frac{2 t+1}{t+2}$ 的 $A=\left\{a_{i, j}\right\} \quad(i=1,2, j=1,2, \ldots, 2 t+1)$ ,然后证明 $\frac{2 t+1}{t+2}$ 是最大值即可.

【解答】解:(1)由题意可知 $r_{1}(A)=1.2, r_{2}(A)=-1.2, c_{1}(A)=1.1, c_{2} (A)=0.7, c_{3}(A)=-1.8$
$\therefore K(A)=0.7$
(2)先用反证法证明 $k(A) \leqslant 1$ :
若 $k(A)>1$
则 $\mid c_{1}$(A)$|=|a+1|=a+1>1, \quad \therefore a>0$
同理可知 $b>0, \quad \therefore a+b>0$
由题目所有数和为 0
即 $a+b+c=-1$
$\therefore \mathrm{c}=-1-\mathrm{a}-\mathrm{b}<-1$
与题目条件矛盾
$\therefore k(A) \leqslant 1$ .

易知当 $a=b=0$ 时,$k(A)=1$ 存在
$\therefore k$(A)的最大值为 1
③$k$(A)的最大值为 $\frac{2 t+1}{t+2}$ .
首先构造满足 $k(A)=\frac{2 t+1}{t+2}$ 的 $A=\left\{a_{i, j}\right\}(i=1,2, j=1,2, \ldots, 2 t+1)$ :
$a_{1,1}=a_{1,2}=\ldots=a_{1, t}=1$,
$a_{1, t+1}=a_{1, t+2}=\ldots=a_{1,2 t+1}=-\frac{t-1}{t+2}$,
$a_{2,1}=a_{2,2}=\ldots=a_{2, t}=\frac{t^{2}+t+1}{t(t+2)}$ ,
$a_{2, t+1}=a_{2, t+2}=\ldots=a_{2,2 t+1}=-1$.
经计算知,A 中每个元素的绝对值都小于 1,所有元素之和为 0 ,
且 $\mid r_{1}$(A)$|=| r_{2}$(A) $\left\lvert\,=\frac{2 t+1}{t+2}\right.$ ,
$\mid c_{1}$(A)$|=| c_{2}$(A)$|=\ldots=| c_{t}$(A) $\left\lvert\,=1+\frac{t^{2}+t+1}{t(t+2)}>1+\frac{t+1}{t+2}>\frac{2 t+1}{t+2}\right.$,
$\mid c_{t+1}$(A)$|=| c_{t+2}$(A)$|=\ldots=| c_{2 t+1}$(A) $\left\lvert\,=1+\frac{t-1}{t+2}=\frac{2 t+1}{t+2}\right.$ .
下面证明 $\frac{2 t+1}{t+2}$ 是最大值.若不然,则存在一个数表 $A \in S(2,2 t+1)$ ,使得 $k(A) =x>\frac{2 t+1}{t+2}$.

由 $k$(A)的定义知 $A$ 的每一列两个数之和的绝对值都不小于 $x$ ,而两个绝对值不超过 1 的数的和,其绝对值不超过 2 ,故 A 的每一列两个数之和的绝对值都在区间 $[x, 2]$ 中.由于 $x>1$ ,故 $A$ 的每一列两个数符号均与列和的符号相同,且绝对值均不小于 $\mathrm{x}-1$ 。

设 A 中有 g 列的列和为正,有 h 列的列和为负,由对称性不妨设 $\mathrm{g}<\mathrm{h}$ ,则 $\mathrm{g} \leqslant \mathrm{t}$ , $h \geqslant t+1$ .另外,由对称性不妨设 $A$ 的第一行行和为正,第二行行和为负.

考虑 A 的第一行,由前面结论知 A 的第一行有不超过 t 个正数和不少于 $\mathrm{t}+1$ 个负数,每个正数的绝对值不超过 1 (即每个正数均不超过 1 ),每个负数的绝对值不小于 $x-1$(即每个负数均不超过 $1-x$ ).因此 $\left|r_{1}(A)\right|=r_{1}(A) \leqslant t \bullet 1+ (\mathrm{t}+1)(1-\mathrm{x})=2 \mathrm{t}+1-(\mathrm{t}+1) \mathrm{x}=\mathrm{x}+(2 \mathrm{t}+1-(\mathrm{t}+2) \mathrm{x})<\mathrm{x}$,

故 $A$ 的第一行行和的绝对值小于 $x$ ,与假设矛盾。因此 $k$(A)的最大值为 $\frac{2 t+1}{t+2}$ .
【点评】本题主要考查了进行简单的演绎推理,以及新定义的理解和反证法的应

用,同时考查了分析问题的能力,属于难题.

✅ 来源:2012年 · ?? · 2012_北京卷 (2012·理) · 第 20 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

同类专题与考点

返回上层

数学全部真题2012年数学真题??数学真题查看原卷:2012_北京卷 (2012·理)