Question

將正整數1，2，3，4，…，n²（n≥2）任意排成n行n列的數表．對于某一個數表，計算各行和各列中的任意兩個數a，b（a＞b）的比值，稱這些比值中的最小值為這個數表的“特征值”．
（1）當n=2時，試寫出排成的各個數表中所有可能的不同“特征值”；
（2）若a_ij表示某個n行n列數表中第i行第j列的數（1≤i≤n，1≤j≤n），且滿足請分別寫出n=3，4，5時數表的“特征值”，并由此歸納此類數表的“特征值”（不必證明）；
（3）對于由正整數1，2，3，4，…，n²排成的n行n列的任意數表，若某行（或列）中，存在兩個數屬于集合{n²-n+1，n²-n+2，…，n²}，記其“特征值”為λ，求證：．

Answer 1

證明：（1）顯然，交換任何兩行或兩列，特征值不變．
可設1在第一行第一列，考慮與1同行或同列的兩個數只有三種可能，2，3或2，4或3，4．
得到數表的不同是或 …（3分）

7	1	4
5	8	2
3	6	9

（2）當n=3時，數表為此時，數表的“特征值”為 …（4分）

13	1	5	9
10	14	2	6
7	11	15	3
4	8	12	16

當n=4時，數表為此時，數表的“特征值”為．…（5分）

21	1	6	11	16
17	22	2	7	12
13	18	23	3	8
9	14	19	24	4
5	10	15	20	25

當n=5時，數表為此時，數表的“特征值”為．…（6分）
猜想“特征值”為．…（7分）
（3）設a，b（a＞b）為該行（或列）中最大的兩個數，則λ≤≤，
因為-==＜0
所以＜，從而λ＜…（13分）
分析：（1）可設1在第一行第一列，考慮與1同行或同列的兩個數的可能，可得特征值；
（2）分別寫出當n=3，n=4，n=5時的圖表，由特征值的定義可得答案．
（3）設a，b（a＞b）為該行（或列）中最大的兩個數，易得λ≤≤，作差可證＜，進而可得答案．
點評：本題考查類比推理和歸納推理，屬基礎題．