已知数列{an}\left\{{{a}_{n}}\right\}对任意的n∈N∗n\in{{\mathbf{N}}^{*}},都有an∈N∗{{a}_{n}}\in{{\mathbf{N}}^{*}},且an+1={3an+1,an为奇数,an2,an为偶数. {{a}_{n+1}}=\left\{\begin{array}{l}3{{a}_{n}}+1,{{a}_{n}}\mathrm{为奇数},\\ \dfrac{{{a}_{n}}}{2},{{a}_{n}}\mathrm{为偶数}.\text{ }\\\end{array}\right. ①当a1=8{{a}_{1}}=8时,a2022={{a}_{2022}}=. ②若存在m∈N∗m\in{{\mathbf{N}}^{*}},当n>mn>m且an{{a}_{n}}为奇数时,an{{a}_{n}}恒为常数PP,则P=P=.

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完整解法

①

1. 计算数列的前几项

根据递推公式,当 a1=8a_1 = 8(偶数)时:
a2=a12=4a_2 = \dfrac{a_1}{2} = 4(偶数),
a3=a22=2a_3 = \dfrac{a_2}{2} = 2(偶数),
a4=a32=1a_4 = \dfrac{a_3}{2} = 1(奇数),
a5=3a4+1=4a_5 = 3a_4 + 1 = 4(偶数),
a6=a52=2a_6 = \dfrac{a_5}{2} = 2(偶数),
a7=a62=1a_7 = \dfrac{a_6}{2} = 1(奇数)。

2. 发现数列的周期性并求出 $a_{2022}$ 的值

由此可知,自第二项起,该数列呈现周期性变化,循环节为 4,2,14, 2, 1,周期为 33。
由于 2022−13=20213=673…2\dfrac{2022 - 1}{3} = \dfrac{2021}{3} = 673 \dots 2,
因此 a2022a_{2022} 对应周期中的第二个数字,即 a2022=2a_{2022} = 2。

答案

2

②

1. 利用递推关系表示后继项

设在 n>mn > m 时,an=Pa_n = P 是一个奇数(P∈N∗P \in \mathbf{N}^*)。
根据递推公式,因为 an=Pa_n = P 为奇数,所以 an+1=3P+1a_{n+1} = 3P + 1。
因为 PP 为奇数,则 3P+13P + 1 必为偶数,所以 an+2=3P+12a_{n+2} = \dfrac{3P + 1}{2}。

2. 建立方程分析奇数项恒为常数 P 的条件

根据题意,后续出现的奇数项必须恒等于 PP。
若 an+2=3P+12a_{n+2} = \dfrac{3P+1}{2} 是奇数,则必然有 an+2=Pa_{n+2} = P,即 3P+12=P  ⟹  P=−1\dfrac{3P+1}{2} = P \implies P = -1,这与 P∈N∗P \in \mathbf{N}^* 矛盾,舍去。
若 an+2a_{n+2} 是偶数,则 an+3=3P+14a_{n+3} = \dfrac{3P+1}{4}。
如果 an+3a_{n+3} 为奇数,则必然有 an+3=Pa_{n+3} = P,即 3P+14=P  ⟹  P=1\dfrac{3P+1}{4} = P \implies P = 1。
一般地,设在第 kk 步后(k≥2k \ge 2),项 an+k=3P+12k−1a_{n+k} = \dfrac{3P+1}{2^{k-1}} 首次为奇数,则必须有 3P+12k−1=P\dfrac{3P+1}{2^{k-1}} = P。

3. 求解方程确定 P 的值

由 3P+12k−1=P\dfrac{3P+1}{2^{k-1}} = P 可得 (2k−1−3)P=1(2^{k-1} - 3)P = 1。
因为 P∈N∗P \in \mathbf{N}^*,且 k∈N∗k \in \mathbf{N}^*,所以 2k−1−32^{k-1} - 3 必须是 11 的正约数。
所以 2k−1−3=1  ⟹  2k−1=4  ⟹  k=32^{k-1} - 3 = 1 \implies 2^{k-1} = 4 \implies k = 3。
此时 P=1P = 1。验证:若 an=1a_n = 1,则其后继项依次为 4,2,1,4,2,1…4, 2, 1, 4, 2, 1 \dots,其中的奇数项恒为常数 11,符合题意。因此 P=1P = 1。

答案

1

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