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已知定义在 [0,1] 上的函数 f(x) 满足:

  1. f(0)=f(1)=0;
  2. 对所有 x,y∈[0,1], 且 x≠y, 有 |f(x)−f(y)|<12|x−y|.

若对所有 x,y∈[0,1], |f(x)−f(y)|<k, 求 k 的最小值.

解

一方面,取{tx,0≤x≤12,t(1−x),12<x≤1(0<t<12)
满足题意,则 |f(x)−f(y)|≤t2→14(t→12), 故 k 可以取到 14.
另一方面,如果存在 x0,y0 使得 |f(x0)−f(y0)|>14, 则不妨设 y0>x0,f(y0)>f(x0). 则14<f(y0)−f(x0)<12(y0−x0)⇒y0−x0>12.
此外|f(x0)−0|<12(x0−0),|f(y0)−0|<12(1−y0),
两式相加得14>12(x0+1−y0)>|f(x0)|+|f(y0)|≥|f(x0)−f(y0)|>14,
矛盾!因此 k 无法继续减小,这样 k 的最小值是 14.