MathLabs

第4問

不等式 ∑k=170kx−k≥54\sum_{k=1}^{70}\frac{k}{x-k}\ge\frac{5}{4} の解集合が互いに素な区間の和であり、それらの長さの総和が 19881988 であることを示せ。
ステップ 1/4: 有理関数を定める
f(x)=∑k=170kx−kf(x)=\sum_{k=1}^{70}\frac{k}{x-k}
詳しい解説

f(x)=∑k=170kx−kf(x)=\sum_{k=1}^{70}\frac{k}{x-k} とおく。1≤n≤691\le n\le69 の各区間 (n,n+1)(n,n+1) では、定義される各項が厳密に減少するので ff も厳密に減少する。x→n+x\to n^+ では n/(x−n)n/(x-n) が +∞+\infty に、x→(n+1)−x\to(n+1)^- では (n+1)/(x−n−1)(n+1)/(x-n-1) が −∞-\infty に近づく。したがって中間値の定理により、f(rn)=5/4f(r_n)=5/4 を満たす一意な rn∈(n,n+1)r_n\in(n,n+1) がある。