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第1题

给定实数 a1,a2,…,ana_1, a_2, \ldots, a_n。对每个 ii(1≤i≤n1 \le i \le n),定义 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\},并令 d=max⁡{di:1≤i≤n}d = \max\{d_i : 1 \le i \le n\}。(a) 证明:对任意实数 x1≤x2≤⋯≤xnx_1 \le x_2 \le \cdots \le x_n,有 max⁡{∣xi−ai∣:1≤i≤n}≥d2\max\{|x_i - a_i| : 1 \le i \le n\} \ge \dfrac{d}{2}。(b) 证明存在实数 x1≤x2≤⋯≤xnx_1 \le x_2 \le \cdots \le x_n,使上述不等式取等号。
第 4/5 步:为 (b) 构造非递减候选数列
通俗地说

跟踪前缀最大值并将其下移 d2\dfrac{d}{2},得到一个非递减数列,其与 aia_i 的距离由 di≤dd_i \le d 控制。

Mi=max⁡{aj:1≤j≤i},xi=Mi−d2M_i = \max\{a_j : 1 \le j \le i\}, \qquad x_i = M_i - \frac{d}{2}
详细分析

定义 Mi=max⁡{aj:1≤j≤i}M_i = \max\{a_j : 1 \le j \le i\},xi=Mi−d2x_i = M_i - \dfrac{d}{2}。由于 Mi≤Mi+1M_i \le M_{i+1},数列 x1≤x2≤⋯≤xnx_1 \le x_2 \le \cdots \le x_n 非递减。此外 Mi≥aiM_i \ge a_i(因为 aia_i 是最大值中的一项),且 Mi−ai≤Mi−min⁡{aj:i≤j≤n}=di≤dM_i - a_i \le M_i - \min\{a_j : i \le j \le n\} = d_i \le d,所以对每个 ii 都有 0≤Mi−ai≤d0 \le M_i - a_i \le d。