ВсОШ 2021, 11 класс, задача 7

Очень сложная
Неравенства

Найдите все перестановки чисел такие, что при любых натуральных , удовлетворяющих условию , выполняется неравенство:

(Перестановка - это последовательность, в которой каждое из чисел встречается ровно по одному разу.)

(П. Козлов)

Ответ

Ответ.

Тождественная перестановка, то есть .

Решение.

Рассмотрим перестановку , для которой выполняется условие задачи. Обозначим . Очевидно, что сумма всех чисел равна нулю. Пусть не все равны , в таком случае существуют индексы такие, что . Возьмем , тогда . По китайской теореме об остатках существует целое такое, что кратно и кратно . Тогда для пары натуральных чисел , во-первых, выполняется , а во-вторых, верно неравенство

что противоречит выбору перестановки. Следовательно, все равны , и перестановка является тождественной, то есть .

Лемма.

Пусть натуральные удовлетворяют неравенству . Обозначим за сумму . Тогда для любого натурального .

Доказательство.

Предположим противное и обозначим за максимум из чисел вида , , причем . Тогда , а при верна следующая цепочка неравенств:

откуда следует, что . На отрезке функция

достигает максимума в одном из его концов, поэтому

так как и , что противоречит нашему предположению.

Тот факт, что тождественная перестановка подходит под условие задачи, следует из леммы с , и из равенства .

Похожие задачи

ВсОШ 2022, 10 класс, задача 5

(20 баллов) На доске написаны 11 целых чисел (не обязательно различных). Может ли оказаться, что произведение любых пяти из них больше, чем произведение остальных шести? (И. Богданов)

ВсОШ 2022, 11 класс, задача 5

(20 баллов) На доске написаны 11 целых чисел (не обязательно различных). Может ли оказаться, что произведение любых пяти из них больше, чем произведение остальных шести? (И. Богданов)

ВсОШ 2023, 10 класс, задача 8

(20 баллов) Дано число a∈(0,1). Положительные числа x0,x1,ldots,xn удовлетворяют условиям x0+x1+ldots+xn=n+a и frac1{x0}+frac1{x1}+ldots+frac1{xn}=n+frac1a. Найдите наименьшее значение выражения x

ВсОШ 2021, 10 класс, задача 7

Натуральные числа n>20 и k>1 таковы, что n делится на k2. Докажите, что найдутся натуральные числа a,b и c такие, что n=ab+bc+ca. (А. Храбров)