Если Петя выберет числа 21,1981,1981,…,1981, то, как бы ни разбивал эти числа Вася, в паре с числом 21 будет число 1981.
Их произведение будет равно 3961, а остальные будут не больше него. Тогда на доске окажется число 3961.
Покажем, как Васе для любых Петиных чисел получить на доске число, не большее 3961. Перенумеруем числа в порядке невозрастания: x1≥x2≥⋯≥x100. Разобьём числа на пары следующим образом: xk в паре с x101−k. Тогда произведениями чисел в парах будут
x1x100,x2x99,x3x98,…,xkx101−k,…,x50x51.
Покажем, что a=xkx101−k≤3961 при k≤49. Действительно, из неравенств xk≤xk−1≤⋯≤x1 следует, что kxk≤x1+x2+⋯+xk, поэтому
ka=kxk⋅x101−k≤(x1+x2+⋯+xk)x101−k.
Аналогично из неравенств x101−k≤x100−k≤x99−k≤⋯≤xk+1 следует, что
(101−2k)x101−k≤x101−k+x100−k+⋯+xk+1≤≤xk+1+xk+2+⋯+x100=1−x1−x2−⋯−xk.
Поэтому
k(101−2k)a≤(x1+x2+⋯+xk)(1−x1−x2−⋯−xk)=x(1−x), где x=x1+x2+⋯+xk. Поскольку по неравенству о средних для двух чисел x(1−x)≤(2x+(1−x))2=41, получаем неравенство
xkx101−k=a≤4k(101−2k)1. Осталось доказать, что k(101−2k)≥99 при k≤49. Это неравенство можно переписать в виде (k−1)(99−2k)≥0, и обе скобки в последней формуле неотрицательны.
Осталось доказать, что x50x51≤3961. Поскольку x50≤x49≤x48≤⋯≤x2≤x1, имеем
x50≤50x1+x2+⋯+x50≤501
и, аналогично,
x51≤51x1+x2+⋯+x51≤511.
Следовательно, x50x51≤50⋅511<3961.