Задача из журнала «Квант» (2002 год, 3 выпуск)
Условие
Докажите,что для каждого натурального n выполняется неравенство
|{n1}−{n2}+{n3}−⋯−(−1)n{nn}|<√2n
({a} — дробная часть числа a).
Неравенство верно для n=1 или 2, поэтому пусть n⩾3. Рассмотрим число k=[√2n]+1 и оценим по отдельности величины Ak={n1}−{n2}+{n3}−⋯−(−1)k−1{nk−1}
и Bk={nk}−{nk+1}+⋯+(−1)n−k{nn}.
Очевидно, A⩽{n1}+{n3}+⋯,
где всего [k2] слагаемых, причем первое из них равно 0. Далее, A⩾−{n2}−{n4}−⋯,
где слагаемых [k−1n] штук. Для любого натурального m<k имеем {nm}⩽m−1m⩽k−2k−1,
поэтому |A|⩽[k−12]k−2k−1⩽k−22.
Поскольку дробная часть — это разность самого числа и его целой части, то B=C—D,
где C=nk−nk+1+⋯+(−1)n−knn
и D=[nk]−[nk+1]+⋯+(−1)n−k[nn].
Так как 0⩽(nk−nk+1)+(nk+2−nk+3)+⋯=C=
=nk−(nk+1−nk+2)−⋯⩽nk,
то 0⩽C⩽nk. Аналогично, 0⩽D⩽[nk]⩽nk. Следовательно, |B|=|C−D|⩽nk
и, наконец, |{n1}−{n2}+{n3}−⋯−(−1)n{nn}|=
=|A−(−1)kB|⩽k−22+nk<√2n−12+√n2<√2n.