Если Петя выберет числа 0,21,4(n−1)1,4(n−1)1,…,4(n−1)1, то, как бы ни расставлял эти числа Вася, число 21 будет в одной паре с числом 4(n−1)1. Значит, одно из произведений будет равно 8(n−1)1, а остальные будут не больше него. Тогда на доске окажется число 8(n−1)1.
Покажем, как Вася может для любых чисел получить на доске число, не большее 8(n−1)1. Перенумеруем числа в порядке убывания: x1≥x2≥⋯≥x2n. Поставим в какое-то место на круге число x1, от него по часовой стрелке через пустые места числа x2,x3,…,xn. Теперь поставим число x2n между x1 и xn; дальше по часовой стрелке от x2n расставим на пустых местах по очереди числа x2n−1,x2n−2,…,xn+1. Тогда произведениями пар соседних чисел будут: xnx2n,
x1x2n,x2x2n−1,x3x2n−2,…,xkx2n−k+1,…,xnxn+1 и
x1x2n−1,x2x2n−2,x3x2n−3,…,xkx2n−k,…,xn−1xn+1.
Поскольку xkx2n−k+1≤xkx2n−k, наибольшее произведение может быть лишь во второй строке.
Покажем, что a=xkx2n−k≤8(n−1)1 при k≤n−1. Действительно, из неравенств xk≤xk−1≤⋯≤x1 следует, что kxk≤x1+x2+⋯+xk, поэтому
ka=kxk⋅x2n−k≤(x1+x2+⋯+xk)x2n−k.
Аналогично из неравенств
x2n−k≤x2n−k−1≤x2n−k−2≤⋯≤xk+1следует, что(2n−2k)x2n−k≤x2n−k+x2n−k−1+⋯+xk+1≤≤xk+1+xk+2+⋯+x2n=1−x1−x2−⋯−xk.
Поэтому
2k(n−k)a≤(x1+x2+⋯+xk)(1−x1−x2−⋯−xk)=x(1−x),где x=x1+x2+⋯+xk. Поскольку по неравенству о средних длядвух чисел x(1−x)≤(2x+(1−x))2=41, получаем неравенствоxkx2n−2k=a≤8k(n−k)1. Осталось показать, что k(n−k)≥n−1при k≤n−1. Но последнее неравенство можно переписать ввиде (k−1)(n−k−1)≥0, а обе скобки в последней формуленеотрицательны.
Замечание. Оптимальная расстановка для Васи не единственна. Однако можно доказать, что при любом k=1,2,…,n−1 в любой Васиной расстановке среди произведений пар соседних чисел найдётся число, не меньшее xkx2n−k; поэтому оптимальными для Васи окажутся расстановки, в которых наибольшее произведение имеет такой вид.
Ответ. 8(n−1)1.