Нехай блоха послідовно побувала в точках:
a1=1, a2, …, a2n.
Сума довжин усіх стрибків становить:
S=∣a1−a2∣+∣a2−a3∣+⋯+∣a2n−1−a2n∣+∣a2n−a1∣.
Зрозуміло, що
S≤2(2n+2n−1+⋯+n+2+n+1)−2(n+n−1+⋯+2+1)=2n2,
а оскільки за умовою ∣a1−a2∣+∣a2−a3∣+⋯+∣a2n−1−a2n∣=n(2n−1), то довжина останнього стрибка ∣a2n−a1∣ не перевищує n.
Оскільки a1=1, то a2n≤n+1. Доведемо, що a2n=n+1, тобто довжина останнього стрибка дорівнює n. Припустимо, що a2n≤n. Тоді в послідовності (1) знайдуться два сусідні члени ai та ai+1, кожний з яких більший за n. Справді, якщо це не так, то в послідовності (2.1) між n елементами, більшими за n, містяться принаймні n−1 менших за n елементів, а разом з a1=1 та a2n≤n у (2.1) знайдуться n+1 елементів, менших за n, що неможливо. Отже, у послідовності (2.1) знайдуться два сусідні члени ai та ai+1, кожний із яких більший за n. Перебудуємо послідовність стрибків блохи:
a1,a2,…,ai,a2n,a2n−1,…,ai+1.
Для нової послідовності сума стрибків дорівнює
S′=∣a1−a2∣+⋯+∣ai−a2n∣+∣a2n−a2n−1∣+⋯+∣ai+1−a1∣==n(2n−1)−∣ai−ai+1∣+∣ai−a2n∣+∣ai+1−1∣≤2n2.
Проте 1≤a2n≤n<ai<ai+1 або 1≤a2n≤n<ai+1<ai, і тому неважко перевірити, що ∣ai−a2n∣+∣ai+1−1∣−∣ai−ai+1∣>n, звідки S′>2n2. Маємо суперечність.
Відповідь: Довжина останнього стрибка дорівнює n.