MathLabs

第1問

a1,…,ama_1,\ldots,a_m を {1,…,n}\{1,\ldots,n\} の相異なる元とし、i≤ji\le j かつ ai+aj≤na_i+a_j\le n ならばその和もいずれかの aka_k であるとする。a1+⋯+amm≥n+12\frac{a_1+\cdots+a_m}{m}\ge\frac{n+1}{2} を証明せよ。
ステップ 2/3: 組の和の不等式を示す
ざっくり言うと

列の中央に関して対称な二元の和を下から評価する。

ak+am−k+1≥n+1a_k+a_{m-k+1}\ge n+1
詳しい解説

反対に ak+am−k+1≤na_k+a_{m-k+1}\le n と仮定する。すると 1≤i≤k1\le i\le k に対する kk 個の相異なる和 ai+am−k+1a_i+a_{m-k+1} はすべて nn 以下なので集合に属する。どれも am−k+1a_{m-k+1} より大きいが、その上には添字 m−k+2,…,mm-k+2,\ldots,m の k−1k-1 個しかなく矛盾である。