MathLabs

第2問

関数 f(x)f(x)、g(x)g(x) を f(x)=1x+1x−2+1x−4+⋯+1x−2018f(x)=\dfrac1x+\dfrac1{x-2}+\dfrac1{x-4}+\cdots+\dfrac1{x-2018}、g(x)=1x−1+1x−3+1x−5+⋯+1x−2017g(x)=\dfrac1{x-1}+\dfrac1{x-3}+\dfrac1{x-5}+\cdots+\dfrac1{x-2017} で定める。0<x<20180<x<2018 を満たす整数でない任意の実数 xx について、∣f(x)−g(x)∣>2|f(x)-g(x)|>2 を証明せよ。
ステップ 2/6: 半回転対称性を用いる
f(2018−x)=f(x),g(2018−x)=g(x)f(2018-x)=f(x),\qquad g(2018-x)=g(x)
詳しい解説

xx を 2018−x2018-x に置き換えると、ずれ 2k↦2018−2k2k\mapsto 2018-2k と 2k+1↦2017−2k2k+1\mapsto 2017-2k は互いに置換されるので、両方の和は不変である。したがって区間の型 2n<x<2n+12n<x<2n+1 は m=1009−nm=1009-n として型 2m−1<x<2m2m-1<x<2m に写るので、1≤n≤10091\le n\le 1009 に対する 2n−1<x<2n2n-1<x<2n 型の区間だけを扱えばよい。