整数递增数列相邻商取整和的最小值
设整数 ,则
的最小可能值为。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
取整 的含义为 。当分母是首项一时第一个商恰等于整数部分,这使连乘上界比统一用 更紧。
想法从哪来:若逐个选择中间整数,空间很大;先观察相邻商相乘会全部约掉,只剩首末项之比。这提示把每个取整值看作实际商的上界标签:整数部分为某数,实际商就严格小于它加一。若取整总和很小,六个标签只能有极少的分配方式。 首项为一还带来额外优势:第一个商本身就是整数,不能像后面五个商那样都逼近下一个整数。先用这一点排除过小总和,再反向寻找接近各自上界的递增整数链。构造时要逐项重新取整,不能只验证商的乘积等于末项;下界证明和取到下界缺一不可。
记每个比值的整数部分为 。六个比值的乘积固定为 ,因此可以用 排除过小的整数部分总和;首个比值本身是整数,需要单独利用。
令
因数列严格递增,;又 是整数,所以 。
若 ,除去六个最低的 后至多还有两个单位。只有以下可能:
或
第一种情形中 ,故
矛盾。第二种情形中 ,同理
仍矛盾。因此总和至少为 。
取
六个整数部分依次为 ,其和为 。故最小值为
构造中的数均为严格递增整数且末项为 。下界论证覆盖了总和小于 的情形,因为它们只会进一步减小右侧的乘积上界。
对相邻比值的取整和求极值,可把比值连乘以消去中间项。要特别留意首项为 时,第一个比值是整数,严格上界可以因此加强。
利用a₁=1使第一比值为整数,在和≤8时穷尽两类、以乘积<96排除,再构造和为9的整数列。
已记下,谢谢!