4. Zadatak
Odredi najmanji prirodan broj za koji postoje realni brojevi koji zadovoljavaju nejednakosti:
Prvo rješenje.
Pretpostavimo da za neki prirodan broj postoje realni brojevi koji zadovoljavaju dane uvjete. Kako je , vrijedi nejednakost
gdje jednakost vrijedi ako i samo ako je jednak ili . Zbrajajući za sve , dobivamo
S druge strane, iz uvjeta zadatka slijedi
Zaključujemo da nužno vrijedi jednakost, što je moguće tek ako su svi iz skupa .
Od brojeva neka ih poprima vrijednost , a poprima vrijednost . Tada je , te vrijedi
Iz prve nejednakosti slijedi , a iz druge slijedi , odakle zaključujemo da je . Najmanji prirodan broj za koji postoje takvi i je jednak (kada je , ).
Za te realne brojeve takve da je pet među njima jednako , a četiri od njih je jednako zadovoljavaju uvjete zadatka, pa je to zaista najmanji takav prirodan broj.
Drugo rješenje.
Nazovimo neku -torku realnih brojeva dobrom ako zadovoljava uvjete zadatka.
Uzmimo neki i neku njegovu dobru -torku. Neka su i dva broja različita od i , te neka je . Promotrimo -torku u kojoj smo i zamijenili s i , za dovoljno mali . Zbroj članova nove -torke očito je nepromijenjen, a zbroj recipročnih vrijednosti se povećao jer vrijedi
Dakle, novodobivena -torka također je dobra. Uzmimo takav da je ili , tako da svi članovi -torke ostanu u skupu . Nakon toga, ponavljajmo postupak, svaki put uzimajući dva broja i od kojih nijedan nije jednak ili , i mijenjajući jednog u ili . Na kraju dobivamo dobru -torku u kojoj su svi članovi osim najviše jednog jednaki ili .
Zaključujemo da ako za neki postoji dobra -torka, onda postoji i dobra -torka u kojoj su svi članovi osim možda jednog jednaki ili .
Za takvu -torku provedimo postupak kao u prvom rješenju: neka je među njezinim članovima njih jednako , njih jednako , a preostali jednak . Vrijedi , te
i
Zbrajajući dobivene nejednakosti, dobivamo
što je ekvivalentno s . Kako je , zaključujemo da je i preostali broj nužno iz skupa . Neka je bez smanjenja općenitosti (inače ažuriramo vrijednosti za i ). Gornje nejednakosti za , i daju jednakost
čije je najmanje rješenje u prirodnim brojevima , pa kao u prvom rješenju zaključujemo da je najmanji takav jednak .