2010 AMC 12A 第 22 题

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22.

下式的最小值是多少:f(x)=∣x−1∣+∣2x−1∣+∣3x−1∣+⋯+∣119x−1∣? \begin{gathered} f(x) = |x-1|+|2x-1| \\ {}+|3x-1|+\cdots+|119x-1| \end{gathered}\text{?}
What is the minimum value of f(x)=∣x−1∣+∣2x−1∣+∣3x−1∣+⋯+∣119x−1∣? \begin{gathered} f(x) = |x-1|+|2x-1| \\ {}+|3x-1|+\cdots+|119x-1|? \end{gathered}
4949
5050
5151
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5353
答案:A
知识点:绝对值最优化求和
小提示:
ff 是分段线性函数,拐点在 x=1kx=\tfrac1k;最小值出现在斜率由负变正的位置。
ff is piecewise linear with corners at x=1k;x=\tfrac1k; the minimum is where its slope turns from negative to positive
大提示:
在 [1m,1m−1]\left[\tfrac1m,\tfrac1{m-1}\right] 上,斜率为 7140−(m−1)m7140-(m-1)m;找出它为零的位置。
On [1m,1m−1]\left[\tfrac1m,\tfrac1{m-1}\right] the slope is 7140−(m−1)m;7140-(m-1)m; find where it vanishes
解答:
函数 ff 是分段线性的,断点在 x=1kx=\tfrac1k。在区间 [1m,1m−1]\left[\tfrac1m,\tfrac1{m-1}\right] 上,它的斜率为 ∑k=m119k−∑k=1m−1k=7140−(m−1)m, \begin{aligned} &\sum_{k=m}^{119}k \\ &\quad {}-\sum_{k=1}^{m-1}k=7140-(m-1)m\text{,} \end{aligned} 其中 7140=119⋅12027140=\tfrac{119\cdot120}{2}。
当 (m−1)m=7140(m-1)m=7140 时斜率为零,即 m=85m=85,所以最小值出现在右端点 x=184x=\tfrac1{84}。
在那里,k≤84k\le84 的项贡献 84−k84\tfrac{84-k}{84},k≥85k\ge85 的项贡献 k−8484\tfrac{k-84}{84},所以 f(184)=348684+63084=41.5+7.5=49。 \begin{aligned} f\left(\tfrac1{84}\right) &= \frac{3486}{84}+\frac{630}{84} \\ &= 41.5+7.5=49\text{。} \end{aligned}
所以正确答案是 A。
The function ff is piecewise linear with breakpoints at x=1k.x=\tfrac1k. On the interval [1m,1m−1]\left[\tfrac1m,\tfrac1{m-1}\right] its slope is ∑k=m119k−∑k=1m−1k=7140−(m−1)m, \begin{aligned} &\sum_{k=m}^{119}k \\ &\quad {}-\sum_{k=1}^{m-1}k=7140-(m-1)m, \end{aligned} where 7140=119⋅1202.7140=\tfrac{119\cdot120}{2}.
This slope is zero when (m−1)m=7140,(m-1)m=7140, i.e. m=85,m=85, so the minimum occurs at the right endpoint x=184.x=\tfrac1{84}.
There, terms with k≤84k\le84 contribute 84−k84\tfrac{84-k}{84} and terms with k≥85k\ge85 contribute k−8484,\tfrac{k-84}{84}, so f(184)=348684+63084=41.5+7.5=49. \begin{aligned} f\left(\tfrac1{84}\right) &= \frac{3486}{84}+\frac{630}{84} \\ &= 41.5+7.5=49. \end{aligned}
Thus, A is the correct answer.
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