Question

給定整數n≥3，實數a₁，a₂，…，a_n滿足min_{1≤i＜j≤n}|a_i-a_j|=1．求

n

k=1

|ak|3的最小值．

Answer 1

不妨設a₁＜a₂＜…＜a_n，則對1≤k≤n，有|a_k|+|a_n-k+1|≥|a_n-k+1-a_k|≥|n+1-2k|，
所以

n

k=1

|ak|3=

1

2

n

k=1

(|ak|3+|an+1-k|3)=

1

2

n

k=1

(|ak|+|an+1-k|)(

3

4

(|ak|-|an+1-k|)2+

1

4

(|ak|+|an+1-k|)2)≥

1

8

n

k=1

(|ak|+|an+1-k|)3≥

1

8

n

k=1

|n+1-2k|3．
當n為奇數時，

n

k=1

|n+1-2k|3=2•23•

n-1 2

i=1

i3=

1

4

(n2-1)2．
當n為偶數時，

n

k=1

|n+1-2k|3=2

n 2

i=1

(2i-1)3=2(

n

j=1

j3-

n 2

i=1

(2i)3)=

1

4

n2(n2-2)．
所以，當n為奇數時，

n

k=1

|ak|3≥

1

32

(n2-1)2，當n為偶數時，

n

k=1

|ak|3≥

1

32

n2(n2-2)，等號均在ai=i-

n+1

2

，i=1，2，n時成立．
因此，

n

k=1

|ak|3的最小值為

1

32

(n2-1)2（n為奇數），或者

1

32

n2(n2-2)（n為偶數）．