易混 2023 年上海高中数学竞赛(高三卷) · P005921
两题都对所有子集或零一选择求和,但符号权与绝对值会改变可用的对称性。
切换一个元素能使带号贡献成对抵消;绝对值和不能这样抵消,需要利用凸性与变量对称来比较。
二进制加权绝对值和的最小值
对实数 ,不超过
的最小值的最大整数为。
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先回想这道题的想法,再试试当前题。
凸性指函数在平均点的值不超过相应函数值的平均。加权绝对偏差和在加权中位数处最小:左侧权重使斜率为正,右侧为负,折点处检查两侧半权重。
想法从哪来:绝对值和变量很多,直接枚举所有符号区间不可行;先观察两个稳定性质:函数是凸的,交换任意两个变量不变。将所有变量排列平均,凸性保证函数值不增加,所以至少存在一个所有变量相等的极小构型。这不是假设对称必取等,而是有明确的平均化依据。一维后按所选位数分组,每个折点是一个整数的倒数,权重还需乘该整数,不能只拿二项式系数作中位数。分段线性函数在左右斜率跨零处最小,正是加权中位数条件;最后用二项式恒等式精确求和,避免把近似小数再取整。
目标函数是凸函数,并且在任意交换变量后保持不变。先对全部变量排列取平均,把极小问题降到所有变量相等的一维情形。
函数 是若干绝对值函数之和,所以是凸函数;同时它关于 对称。令
把 的所有排列取平均,再用凸性,得到
故只需最小化
对 ,有
因此 的折点是 ,相应权重为 。由二项式系数的对称性,点 左右两侧的总权重相等,所以它是加权中位数,亦即 的极小点。
于是
记
利用
得到
又
故
所以 的最小值为
它本身是整数,故其最大整数仍为 。
处, 的权重位于中位点;两侧严格权重均小于总权重的一半,故确为全局极小。
对称凸函数可先用排列平均化降维;绝对值和的一维极小点由加权中位数决定。
需先对全部坐标排列平均把19元最值降到单变量,再识别折点1/j的二项式权重以定位加权中位数,最后精确计算极小和,三段各有独立判断。
易混 2023 年上海高中数学竞赛(高三卷) · P005921
两题都对所有子集或零一选择求和,但符号权与绝对值会改变可用的对称性。
切换一个元素能使带号贡献成对抵消;绝对值和不能这样抵消,需要利用凸性与变量对称来比较。
同一骨架 2026 年广西预赛 · P006002
两题的目标都是凸函数且在某种交换或反射下不变,因此可把一个点与其对称像平均,证明目标不增,把最小值压到对称子空间。距离和的镜像平均落在对称轴;多变量绝对值和的排列平均让所有坐标相同,随后才处理一元最值。
前题平均的是平面坐标的反射像,后题平均全部变量排列;降维须由凸性保证,不能只凭图形看起来对称就断定最优点的位置。
已记下,谢谢!