MT【140】是否存在常数C
天下事有难易乎?为之,则难者亦易矣 不为,则易者亦难矣------《为学》
(中国第59届国际数学奥林匹克国家集训队2018.3.20日测试题)
证明:存在常数C>0使得对于任意的正整数m,以及任意m个正整数a1,a2,⋯,am,都有
H(a1)+H(a2)+⋯+H(am)≤C(m∑k=1kak)12,其中H(n)=n∑k=11k
证明:存在.C=2满足要求.记{a1,a2,⋯,am}={b1,b2⋯,bm}其中b1≥b2≥⋯≥bm
LHS=11+12+⋯+1b1+11+12+⋯+1b2+11+12+⋯+1bm≤m(11+12+⋯+1bm)≤m√(12+12+⋯12)(112+122+⋯+1b2m)(此处用到柯西不等式)≤m√bm⋅(1+11−12+12−13⋯+1bm−1−1bm)(此处用到1k2≤1k−1−1k)=m√2bm−1RHS=C√1a1+2a2+⋯+mam≥C√(1+2+⋯m)bm=C√m(m+1)2bm
取C=2时 2√m(m+1)2bm≥m√2bm−1显然成立.
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