(本小题满分13分)
设是由个实数组成的行列的数表满足:每个数的绝对值不大于,且所有数的和为零,记为所有这样的数表构成的集合。对于,记为的第行各数之和,为的第列各数之和。记为,,,,,,,中的最小值。
(1)对如下数表,求的值;
(2)设数表形如
求的最大值;
(3)给定正整数,对于所有的,求的最大值。
(1)由题意可知,,,,。
所以 。
(2)先用反证法证明 :
若 则,所以 同理可知,所以。
由题目所有数和为,即 ,所以 与题目条件矛盾,所以。
易知当 时, 存在。所以 的最大值为。
(3) 的最大值为。
首先构造满足 的:,
,,
。
经计算知, 中每个元素的绝对值都小于,所有元素之和为,且 ,
,
下面证明是最大值,
若不然,则存在一个数表,使得。
由的定义知的每一列两个数之和的绝对值都不小于,
而两个绝对值不超过的数的和,其绝对值不超过,
故的每一列两个数之和的绝对值都在区间中,
由于,故的每一列两个数符号均与列和的符号相同,且绝对值均不小于。
设中有列的列和为正,有列的列和为负,
由对称性不妨设,则,。
另外,由对称性不妨设的第一行行和为正,第二行行和为负。
考虑的第一行,由前面结论知的第一行有不超过个正数和不少于个负数,每个正数的绝对值不超过(即每个正数均不超过),每个负数的绝对值不小于(即每个负数均不超过)。
因此。
故的第一行行和的绝对值小于,与假设矛盾。因此的最大值为。
本题主要考查集合、函数和不等式。
(1)根据题目对新数表和的定义代入已知数值即可得到的值;
(2)本问直接求的最大值比较困难,但可先做猜想,然后采用反证法证明即可得最大值为;
(3)此问也是先根据特殊猜想的值,然后通过构造满足题意的,后面在证明所取的值即为最大值时采用反证法。