八點,試卷分發。
試題與昨天也沒有太大的變化,同樣是三道題。
一旦進入做題狀態,李澤翰瞬間收斂起所有心思,專注看向題目,仿佛換了個人。
這道題題目還是很好理解的,意思是說,有2025個核桃被打亂了,放在一個圓周上,每個位置核桃的編號是已知的。
然后在接下來的2025次操作中,每次操作第k個核桃的左右兩個核桃,要證明必然存在某一次,k個核桃兩邊核桃編號,一個比k大,一個比k小。
看到這道題,李澤翰心中就已經有了思路。
初中就學過,遇到存在性問題的證明,第一時間應該想到反證法。
假設這2025次操作中,k兩邊的核桃編號都比k大,或者都比k小。
這種關系是比較難描述的,這個時候,自然而然的就能想到染色法。
這也是在解決存在性問題時的常用方法,染色之后,就能對構成的點線面角等進行數量和性質進行分析,以此來簡化問題,讓問題變得更直觀。
對應到這道題,可以在第k次操作中,對第k個核桃進行染色,比如,染成黃色。
這樣操作之后,所有小于k的核桃都會被染成黃色,而大于k的核桃則都沒有被染色,這樣就能清晰的區分大于k和小于k的兩類核桃。
最后的證明也就變成了,證明在這2025次操作中,必然存在某一次操作,交換了兩個顏色不同的核桃。
再使用反證法,假設每次操作交換的都是同色的核桃。
“那么,這樣做最后能導出什么樣的矛盾呢?”
李澤翰皺眉思考起來。
最開始所有的核桃都沒有被染色,操作完成之后,所有的核桃都被染成了黃色。
這中間存在一個狀態的轉換。
如果只是一個個的核桃進行染色,自然是沒問題的,但現在是染色,加上交換同色的核桃,這很可能導致狀態轉換的失敗。
再加上題目要求證明,那么顯然,這個染色加同色交換的操作會導致染色失敗。
短暫的思考后,李澤翰找到了解題的關鍵。
但還缺了關鍵一步。
怎么證明染色會失敗呢?
李澤翰冥思苦想。
顯然,光是染色核桃還不夠,這很難證明最終的結論。
“我知道了!”
在腦海中一陣推導演算之后,李澤翰腦中靈光一閃。
光是染色核桃不夠,那就再把相鄰核桃的連接邊也染色,可不就大功告成了嗎!
如果相鄰兩個核桃都是黃色的,就把連接兩個核桃的邊也染成黃色。
所以一開始,所有的邊都是沒有染色的,2025次操作結束后,所有的2025條邊都是黃色的。
如果每次交換的核桃都是同色的,那么第k個核桃和與他相鄰的兩條邊的顏色并不會發生變動,交換這個操作不會引起任何狀態的轉移。
只有對第k個核桃進行染色,可能導致邊顏色的變化,如果相鄰兩個核桃是未被染色的,那么這次染色操作不會帶來邊的變化,如果兩個核桃都被染色,那么就有多出兩條被染色的邊。
也就是說,每次操作要么增加0條染色的邊,要么增加2條染色的邊,不可能出現2025條奇數邊的情況,與題設矛盾,證明完成!
“我真是個天才!”
李澤翰心中嘿嘿怪笑,即便他心中也明白,這道題也就初中難度,只要掌握了方法,很輕易就能做出來,但并不妨礙他覺得自己超棒。
回頭看了眼時間,距離八點才過去二十多分鐘。
整個題目思路還是很清晰的,他大多數時間都浪費在思考怎么證明最后的矛盾上了,但二十多分鐘,這個速度已經極快了。
一念及此,他下意識的抬頭向陳輝的位置看去。
然后,他就聽到了嘩啦一聲翻卷的聲音!
“?”
“老大都開始做第三題了?”
“我頂你個肺!”
李澤翰已經不知道該怎么形容自己此時的心情。
老實說,即便已經認清了自己不可能跟那種怪物比的事實,但當這種殘酷的事實發生在眼前時,他還是會感受到打擊。
但真正的勇士,敢于直面慘淡的人生,敢于正視淋漓的鮮血!
“我李澤翰是沒那么容易被打倒的!”
振奮精神,李澤翰看向第二題。
題目很簡潔,也很漂亮,要證明的結論含義也很清楚,就是數列兩項的差值,要小于n的階乘分之一,同時n大于等于2。
看到不等式,小學生……哦,不,初中生就應該知道,應該使用構造法!
構造法主要是通過引入恒等式,對偶式,函數,圖形,數列,讓題目變得更直觀,如果不等式中出現了n這種有規律的項,這個時候就要想到數列了。
比如證明數列項之和,這個時候就應該想到構造一個移項相減的新數列,然后去分析新數列的單調性。
對應這道題,n次冪的形式,則是可以把不等式兩邊拆分成n個相同,或者有通式的式子的乘積,再去比較大小。
李澤翰思路自然涌現,他這些年專攻中學數競,這些基礎知識無比扎實,幾乎看到題目的瞬間,腦海中就已經浮現出了解題思路,只是還需要時間去將這些思路轉化成最后的答案而已。
根號在不等式中顯然是扎眼的,所以可以考慮先處理它,通過觀察,能夠輕易的發現,對式子左邊每一項單獨平方、立方……就能去除掉根號。
這就很容易能夠想到a^(2*3*……*n)-b^(2*3*……*n)這種形式,即可將全部根號去除,并且相減后能消去多余的項,得到(n 1)√(n 1)。
那么就需要構造一個新的數列,ai=
bi=
所以題目要求的不等式就是a2-b2,同時a(i 1)-b(i 1)=(ai)^i -(bi)^i=(ai-bi)(ai^(i-1) ai^(i-2)bi …… aibi^(i-2) bi^(i-1))
(ai)^i -(bi)^i的冪次展開是有現成公式的,任何一個高中生都應該記得這個展開,同時因為冪次展開后面的式子是有規律的,所以可以將它記作Cn。
所以有,
a3-b3=(a2-b2)c2
a4-b4=(a3-b3)c3
……
a(n 1)-b(n 1)=(an-bn)cn
將式子兩邊相乘,約去相同的項,就能得到a(n 1)-b(n 1)=(a2-b2)(c2*c3……cn),所以(a2-b2)=[a(n 1)-b(n 1)]/(c2·c3……cn)。
而a(n 1)-b(n 1)=(an)^n -(bn)^n,所以a(n 1)-b(n 1)=(a2)^(n*n-1……3*2)-(b2)^(n*n-1……3*2)=(n 1)√(n 1)
最后再來處理Cn。
這種式子,李澤翰根本不用思考就能知道需要用到放縮。
因為an>bn≥n√n=n^(1/n)
所以an^(n-1) an^(n-2)bn …… anbn^(n-2) bn^(n-1)式子中每一項都大于等于n^((n-1)/n),而Cn有n項,所以cn≥n*n^((n-1)/n)>n*n^((n-1)/(n 1))。
這時再回到剛才的式子,c2*c3……cn=n!*(一坨),當n>2時,n^((n-1)/(n 1))都是大于1的,所以可以只保留第n項,即c2*c3……cn=n!*n^((n-1)/(n 1))。
所以,a2-b22時,前面的式子小于2n/n^2