MathLabs

第1問

実数 a1,a2,…,ana_1, a_2, \ldots, a_n が与えられている。各 ii(1≤i≤n1 \le i \le n)に対して di=max⁡{aj:1≤j≤i}−min⁡{aj:i≤j≤n}d_i = \max\{a_j : 1 \le j \le i\} - \min\{a_j : i \le j \le n\} と定め、d=max⁡{di:1≤i≤n}d = \max\{d_i : 1 \le i \le n\} とおく。(a) 任意の実数 x1≤x2≤⋯≤xnx_1 \le x_2 \le \cdots \le x_n に対し、max⁡{∣xi−ai∣:1≤i≤n}≥d2\max\{|x_i - a_i| : 1 \le i \le n\} \ge \dfrac{d}{2} を証明せよ。(b) この不等式で等号が成り立つような実数 x1≤x2≤⋯≤xnx_1 \le x_2 \le \cdots \le x_n が存在することを示せ。
ステップ 1/5: 最大の幅を一つの差として表す
ざっくり言うと

qq までの累積最大値と qq 以降の累積最小値はいずれも数列の実際の項なので、その差は文字通り ap−ara_p - a_r である。

d=dq=ap−ar,1≤p≤q≤r≤nd = d_q = a_p - a_r, \qquad 1 \le p \le q \le r \le n
詳しい解説

d=dqd = d_q となる qq を選び、ap=max⁡{aj:1≤j≤q}a_p = \max\{a_j : 1 \le j \le q\} および ar=min⁡{aj:q≤j≤n}a_r = \min\{a_j : q \le j \le n\} となる p≤q≤rp \le q \le r を選ぶと、d=ap−ard = a_p - a_r である。ap≥aq≥ara_p \ge a_q \ge a_r なので、d≥0d \ge 0 でもある。