本题中所有题解的单调性正确性似乎都有或多或少的问题,在这里我给出一个严谨的单调性证明。
首先:x−⌊px⌋ 这个函数并不是单调不降的,它只在整点上单调不降,可以在 desmos 中画一个 x−⌊0.9x⌋ 的函数试试看,你会发现它并没有单调性。当然,x−px 有单调性。
所以一切直接抛开下取整对单调性的证明是没有任何道理的,这就叉掉了本题大量题解,包括但不限于第一篇题解。
同时,一切没有用到 x1,x2 这两个数为整数这个性质就证出了这个函数的单调性的都是伪证,本题疑似所有题解全都是伪证。lyd 蓝书上的证明也是伪证,具体原因见下。
前置知识:
- 下取整函数单调不降,即对于 x1<x2 有 ⌊x1⌋≤⌊x2⌋;
- 整数可以自由移入移出下取整函数,即对于 z∈Z,有 ⌊x⌋+z=⌊x+z⌋。
- 注意:负号不能随便移入移出,⌊−3.4⌋=−⌊3.4⌋。
- 关于这点很容易犯的一个错误就是对于 z∈Z,有⌊z−x⌋=z−⌊x⌋,事实上这点根本不成立,举个反例:⌊1−0.3⌋=1−⌊0.3⌋。
- 刚刚这条错误就是很多伪证的错误原因所在,包括 lyd 蓝书的证明也存在这个伪证。
真正证明:
命题:对于 x1,x2∈Z,x1≥x2,0<p<1,有 x1−⌊px1⌋≥x2−⌊px2⌋。
证明:x1>x2∧x1,x2∈Z,因此 x1−x2∈N。又因为 0<p<1,所以:
x1−x2x1−x2+px2⌊px2+(x1−x2)⌋⌊px2⌋+(x1−x2)x1−⌊px1⌋≥p(x1−x2)≥px1≥⌊px1⌋≥⌊px1⌋≥x2−⌊px2⌋
证明出了这一点的单调性之后,事实上我们就解决了 q=0 的单调性问题,接下来解决 q≥0 的。
我们假设某一秒,我们切开了一个数 x1,下一秒,我们切开了一个数 x2+q。x2+q 在上一秒时为 x2,因此 x1≥x2。我们的证明目标是 ⌊px1⌋+q≥⌊p(x2+q)⌋ 和 x1−⌊px1⌋+q≥x2−⌊p(x2+q)⌋。
需要注意这个证明目标也有很多题解搞错,包括 lyd 蓝书也搞错了这个证明目标,同时证明也存在上面所说的问题(那条假结论)。
对于第一条:⌊px1⌋+q=⌊px1+q⌋≥⌊px2+pq⌋=⌊p(x2+q)⌋。
对于第二条:x1−⌊px1⌋+q≥x2−⌊px2⌋≥x2−⌊p(x2+q)⌋。这里第一个不等号用了 q=0 的证明结论。