求证:对于任意实数 $a,b$,存在属于区间 $[a,b]$ 的 $x$ 和 $y$,使得$$|xy-ax-by|\geqslant\dfrac{1}{3}.$$并问,若将上述命题中的 $\dfrac{1}{3}$ 改为 $\dfrac{1}{2}$ 或 $0.33334$,是否仍然成立?
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
略
【解析】
用反证法,假设命题不成立,则存在实数 $a,b$,使得属于区间 $[0,1]$ 的任意实数 $x,y$,均有$$|xy-ax-by|<\dfrac{1}{3}.$$分别取实数对 $(x,y)=(1,0),(0,1),(1,1),$ 可得$$|a|<\dfrac{1}{3},|b|<\dfrac{1}{3},|1-a-b|<\dfrac{1}{3}.$$但是,由 $|a|<\dfrac{1}{3},|b|<\dfrac{1}{3}$ 可得$$|1-a-b|>1-|a+b|>1-|a|-|b|>\dfrac{1}{3},$$此与 $|1-a-b|<\dfrac{1}{3}$ 矛盾.从而命题得证.
下面证明:如果命题中的 $\dfrac{1}{3}$ 改为比 $\dfrac{1}{3}$ 大的任意实数 $c$,则命题不成立,即存在实数 $a,b$,使得任意 $x,y\in[0,1]$,有$$|xy-ax-by|<c.$$事实上,可取 $a=b=\dfrac{1}{3}$.由于$$xy-ax-by= \dfrac{1}{3}[xy-x(1-y)-y(1-x)],$$所以,对任意 $x,y\in[0,1]$,有$$|xy-ax-by|\leqslant\dfrac{1}{3}\max[xy,x(1-y)+y(1-x)].$$又 $0\leqslant xy\le1$,$0\leqslant x(1-y)+y(1-x)\leqslant x+(1-x)=1$,所以$$|xy-ax-by|\leqslant\dfrac{1}{3}<c.$$
下面证明:如果命题中的 $\dfrac{1}{3}$ 改为比 $\dfrac{1}{3}$ 大的任意实数 $c$,则命题不成立,即存在实数 $a,b$,使得任意 $x,y\in[0,1]$,有$$|xy-ax-by|<c.$$事实上,可取 $a=b=\dfrac{1}{3}$.由于$$xy-ax-by= \dfrac{1}{3}[xy-x(1-y)-y(1-x)],$$所以,对任意 $x,y\in[0,1]$,有$$|xy-ax-by|\leqslant\dfrac{1}{3}\max[xy,x(1-y)+y(1-x)].$$又 $0\leqslant xy\le1$,$0\leqslant x(1-y)+y(1-x)\leqslant x+(1-x)=1$,所以$$|xy-ax-by|\leqslant\dfrac{1}{3}<c.$$
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