数学题目整理

II 5

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给定正整数 n≥5n\geq 5 和正整数 a1,a2,…ana_1,a_2,\dots a_n,如果集合 S={a1,a2,…an}S=\{a_1,a_2,\dots a_n\} 的任意两个不同的非空子集 A,BA,B 满足: AA 中所有数的和不等于 BB 中所有数的和。试求 1a1+1a2+⋯+1an\frac{1}{a_1}+\frac{1}{a_2}+ \dots+\frac{1}{a_n} 的最大值。

solution:

首先目测S={1,2,22,…,2n−1}S=\{1,2,2^2,\dots,2^n-1\} 即为所求的结果,下证其满足“ AA 中所有数的和不等于 BB 中所有数的和”的条件:

当 S={1,2,22,…,2n−1}S=\{1,2,2^2,\dots,2^n-1\}时,其中任意两个非空子集元素和显然:
1+2k1+…2kr≠2m1+⋯+2mt(1≤ki,mi≤n−1)1+2^{k_1}+\dots 2^{k_r}\neq 2^{m_1}+\dots +2^{m_t}(1\leq k_i,m_i\le n-1)。
(因为等式两边一奇一偶。
若 2k1+…2kr≠2m1+⋯+2mt(1≤ki,mi≤n−1)2^{k_1}+\dots 2^{k_r}\neq 2^{m_1}+\dots +2^{m_t}(1\leq k_i,m_i\le n-1)。
其中 k1<k2<⋯<krk_1<k_2<\dots<k_r,m1<m2<⋯<mtm_1<m_2<\dots<m_t;
不妨设 k1<m1k_1<m_1,等式两边同时除以 2k12^{k_1},则有:
1+2k2−k1+…2kr−k1≠2m1−k1+…2mt−k11+2^{k_2-k_1}+\dots2^{k_r-k_1}\neq 2^{m_1-k_1}+\dots 2^{m_t-k_1}。
(还是因为一奇一偶
故得证 SS 中元素满足条件。
∴11+12+⋯+12n−1=2−12n−1∴ \frac{1}{1}+\frac{1}{2}+\dots +\frac{1}{2^{n-1}}=2-\frac{1}{2^{n-1}}

下证:对 S={a1,a2,…,an}S=\{a_1,a_2,\dots ,a_n\} 满足条件时,有 1a1+1a2,⋯+1an≤11+12+⋯+12n−1\frac{1}{a_1}+\frac{1}{a_2},\dots+\frac{1}{a_n}\leq \frac{1}{1}+\frac{1}{2}+\dots +\frac{1}{2^{n-1}}

使用做差法:

11+12+⋯+12n−1−1a1+1a2,⋯+1an=a1−1a1+a2−22a2+a3−2a122a3\frac{1}{1}+\frac{1}{2}+\dots +\frac{1}{2^{n-1}}-\frac{1}{a_1}+\frac{1}{a_2},\dots+\frac{1}{a_n}=\frac{a_1-1}{a_1}+\frac{a_2-2}{2a_2}+\frac{a_3-2a_1}{2^2a_3}