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设数列 a1,a2,⋯,a2023 中的每项 ai 均满足 ai∈{−2,−1,0,1,2}, 求这 2023 个数两两乘积之和的最小值.

解

用 bi 表示 {an} 中取值为 i 的值的个数,则 b−2+b−1+b0+b1+b2=2023.

  • b0≥1,则∑1≤i<j≤2023aiaj=12[(∑i=12023ai)2−∑i=12023ai2]=12[(−2b−2−b−1+b1+2b2)2−(4b−2+b−1+b1+4b2)]≥−12(4b−2+b−1+b1+4b2)≥−12⋅4(b−2+b−1+b1+b2)≥−2⋅2022=−4044.取等时b1=b−1=0,b0=1,b−2=b2=1011.
  • b0=0, 依照上面的放缩,∑1≤i<j≤2023aiaj≥12(−2b−2−b−1+b1+2b2)2−2(b−2+b−1+b1+b2)≥12(−2b−2−b−1+b1+2b2)2−4046.
    当取值为 −4046, 取等条件为 {−2b−2−b−1+b1+2b2=0,b−1=b1=0,b−2+b−1+b1+b2=2023,⇒2b2=2023,
    无解; 而 12(−2b−2−b−1+b1+2b2)2≠1, 故最小值只能为 −4044. (此时可取 b1=b−1=b0=0,{b2,b−2}={1011,1012}).

综上,∑1≤i<j≤2023aiaj≥ 的最小值为 −4044.