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第1問

次の主張が n=3n=3 および n=5n=5 で真で、他のすべての自然数 n>2n>2 で偽であることを証明せよ。任意の実数 a1,a2,…,ana_1,a_2,\ldots,a_n に対して、(a1−a2)(a1−a3)⋯(a1−an)+(a2−a1)(a2−a3)⋯(a2−an)+⋯+(an−a1)(an−a2)⋯(an−an−1)≥0(a_1-a_2)(a_1-a_3)\cdots(a_1-a_n)+(a_2-a_1)(a_2-a_3)\cdots(a_2-a_n)+\cdots+(a_n-a_1)(a_n-a_2)\cdots(a_n-a_{n-1})\ge0 が成り立つ。
ステップ 3/6: n=3 の場合を証明する
E3=(a1−a2)2+(a1−a3)(a2−a3)≥0(a1≥a2≥a3)E_3=(a_1-a_2)^2+(a_1-a_3)(a_2-a_3)\ge0\quad(a_1\ge a_2\ge a_3)
詳しい解説

式は対称なので a1≥a2≥a3a_1\ge a_2\ge a_3 と並べ替える。最初の2項をまとめると (a1−a2)2(a_1-a_2)^2、最後の項は (a1−a3)(a2−a3)(a_1-a_3)(a_2-a_3) である。両方非負なので E3=(a1−a2)2+(a1−a3)(a2−a3)≥0E_3=(a_1-a_2)^2+(a_1-a_3)(a_2-a_3)\ge0。