ID: 00008726
Для набора 50 различных целых чисел выполнено, что сумма любых трех чисел из этого набора больше суммы любых пяти чисел из этого набора.
а) Может ли одним из этих чисел быть число -300?
б) Может ли одним из этих чисел быть число 300?
в) Какое наибольшее значение может принимать сумма чисел этого набора?
Источник: ФИПИ
Что дано: 50 различных целых чисел, и сумма любых трёх из них больше суммы любых пяти. Чтобы это выполнялось для всех троек и пятёрок сразу, достаточно потребовать его для самых «опасных»: самой маленькой суммы трёх и самой большой суммы пяти.
Расставим числа по возрастанию: a_1\lt a_2\lt \dots\lt a_{50}. Самая маленькая сумма трёх — это a_1+a_2+a_3, самая большая сумма пяти — a_{46}+a_{47}+a_{48}+a_{49}+a_{50}. Всё условие сводится к одному неравенству:
a_1+a_2+a_3\gt a_{46}+a_{47}+a_{48}+a_{49}+a_{50}.
Пункт а). Может ли среди чисел быть -300? Да. Возьмём пятьдесят подряд идущих целых -323,-322,\dots,-274 (они различны, и -300 среди них). Тогда три наименьших дают -323-322-321=-966, а пять наибольших -278-277-276-275-274=-1380, и -966\gt -1380 — условие выполнено. Значит — да.
Пункт б). Может ли быть число 300? Тоже да, если остальные сделать очень отрицательными. Возьмём -1000,-999,\dots,-952 (сорок девять подряд) и добавим 300. Три наименьших: -1000-999-998=-2997. Пять наибольших — это 300 и четыре числа -955,-954,-953,-952, их сумма 300-3814=-3514. Так как -2997\gt -3514, условие выполнено. Значит — да.
Пункт в). Найдём наибольшую возможную сумму всех 50 чисел. Хочется, чтобы числа были как можно «выше», но мешает неравенство выше. Обозначим сумму пяти наибольших через B=a_{46}+\dots+a_{50}.
Сорок пять остальных чисел меньше a_{46}; чтобы их сумма была побольше, возьмём их вплотную: a_{46}-1,a_{46}-2,\dots,a_{46}-45. Тогда три наименьших из всего набора — это a_{46}-45,a_{46}-44,a_{46}-43 с суммой 3a_{46}-132. Неравенство 3a_{46}-132\gt B для целых даёт B\leqslant 3a_{46}-133.
Сумма всех чисел: B+\big((a_{46}-1)+\dots+(a_{46}-45)\big)=B+45a_{46}-1035. Подставим максимальное B=3a_{46}-133 и получим 48a_{46}-1168 — оно тем больше, чем больше a_{46}.
Но пять наибольших — различные числа, не меньшие a_{46}, поэтому их сумма B\geqslant a_{46}+(a_{46}+1)+\dots+(a_{46}+4)=5a_{46}+10. Совмещая с B\leqslant 3a_{46}-133, получаем 5a_{46}+10\leqslant 3a_{46}-133, откуда a_{46}\leqslant -71{,}5, то есть a_{46}\leqslant -72. Значит максимум суммы при a_{46}=-72: 48\cdot(-72)-1168=-4624.
Этот максимум достигается. Возьмём 45 чисел -117,-116,\dots,-73 и пять чисел -72,-71,-70,-69,-67 (заметьте: пять наибольших не подряд — мы пропустили -68, чтобы поднять их сумму при том же a_{46}). Сумма трёх наименьших -117-116-115=-348 больше суммы пяти наибольших -72-71-70-69-67=-349. Наибольшая сумма всех чисел — -4624.
а) да
б) да
в) -4624