代数 含解答

《中等数学增刊》一道代数题另证

正文文字 141 字公式 66 处

题目:

设实数a_(1),a_(2),⋯,a_(2025)满足

∏_(i=1)^(2025)(a_(i)+1)=∏_(i=1)^(2025)(a_(i)−1).

求∑_(i=1)^(2025)|a_(i)|的最小值.

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解答:(以下用奇数n≥3代替2025)

取a_(1)=1,a_(2)=−1,a_(3)=⋯=a_(n)=0,得∑_(i=1)^(n)|a_(i)|=2,下证:∑_(i=1)^(n)|a_(i)|≥2.

若a_(i)中有1,则必有−1,不等式成立,下设a_(i)≠±1.

记f(x)=(x+1)/(x−1),则∏_(i=1)^(n)f(a_(i))=1,且

f(x)∈⎧⎩⎨⎪⎪(1,+∞), x>1;(−∞,−1], 0≤x<1;(−1,0), −1<x<0;(0,1), x<−1;

由n为奇数,∏_(i=1)^(n)f(a_(i))>0知,f(a_(i))不全为负,于是存在|a_(i)|>1,不妨设a_(1)>1(将全体a_(i)改为−a_(i),题目不变).若存在a_(i)<−1,则不等式成立,下设a_(i)>−1.

由∣∏_(i=1)^(n)f(a_(i))∣=1知,存在|f(a_(i))|<1,不妨设它们为a_(2),⋯,a_(m)∈(−1,0).则必有

∣∏_(i=1)^(m)f(a_(i))∣=∣(1)/(∏_(n)^(i=m+1)f(a_(i)))∣≤1;⟺ ∣∏_(i=1)^(m)(a_(i)+1)∣≤∣∏_(i=1)^(m)(a_(i)−1)∣;⟺ ∏_(i=1)^(m)(1+a_(i))+∏_(i=1)^(m)(1−a_(i))≤0;⟺ (a_(1)−1)/(a_(1)+1)≥∏_(i=2)^(m)(1+a_(i))/(1−a_(i));

若S=∑_(i=2)^(m)a_(i)≤−1,则不等式成立,下设S∈(−1,0). 由(1+x)(1+y)(1−x−y)(1−x)(1−y)(1+x+y)=−2xy(x+y)≥0知

(1+x)/(1−x)⋅(1+y)/(1−y)≥(1+x+y)/(1−x−y)

于是

(a_(1)−1)/(a_(1)+1)≥∏_(i=2)^(m)(1+a_(i))/(1−a_(i))≥(1+S)/(1−S);⟺ a_(1)⋅(−S)≥1;

从而

∑_(i=1)^(n)|a_(i)|≥a_(1)+(−S)≥2

证毕.

(原解答比较繁杂,我的解答也可以写得再简洁一些,这里主要是为了体现解题思路)

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