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例6、下表给出一个“等差数阵”:
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其中每行、每列都是等差数列,表示位于第i行第j列的数。
(I)写出的值;(II)写出的计算公式;
(III)证明:正整数N在该等差数列阵中的充要条件是2N+1可以分解成两个不是1的正整数之积。
解:(I)(详见第二问一般性结论)。
(II)该等差数阵的第一行是首项为4,公差为3的等差数列: ; 第二行是首项为7,公差为5的等差数列: , ……,第i行是首项为,公差为的等差数列,因此
(III)必要性:若N在该等差数阵中,则存在正整数i,j使得,从而 。 即正整数2N+1可以分解成两个不是1的正整数之积。
充分性:若2N+1可以分解成两个不是1的正整数之积,由于2N+1是奇数,则它必为两个不是1的奇数之积,即存在正整数k,l,使得, 从而可见N在该等差数阵中。
综上所述,正整数N在该等差数阵中的充要条件是2N+1可以分解成两个不是1的正整数之积。
评析: 本小题主要考查等差数列、充要条件等基本知识,考查逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。求解关键是如何根据图表信息求出行列式中对应项的通项公式。