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番外 · 题谱 · 1991 · P3

1991 APMO 第 3 题

不等式 · P3/P6 · 压轴题

题面据 APMO 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

APMO 1991 P3 inequality

Let a1,a2,,an,b1,b2,,bna_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n}, b_{1}, b_{2}, \ldots, b_{n} be positive real numbers such that a1+a2++an=b1+b2+a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}=b_{1}+b_{2}+ +bn\cdots+b_{n}. Show that

$$

\frac{a_{1}^{2}}{a_{1}+b_{1}}+\frac{a_{2}^{2}}{a_{2}+b_{2}}+\cdots+\frac{a_{n}^{2}}{a_{n}+b_{n}} \geq \frac{a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}}{2}

$$

a1,a2,,an,b1,b2,,bna_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n}, b_{1}, b_{2}, \ldots, b_{n} 为正实数,使得 a1+a2++an=b1+b2+a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}=b_{1}+b_{2}+ +bn\cdots+b_{n}。表明

a12a1+b1+a22a2+b2++an2an+bna1+a2++an2\frac{a_{1}^{2}}{a_{1}+b_{1}}+\frac{a_{2}^{2}}{a_{2}+b_{2}}+\cdots+\frac{a_{n}^{2}}{a_{n}+b_{n}} \geq \frac{a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}}{2}

提示 1

先猜等号形状,再看同次性、归一化和每一项的量纲。

提示 2

试着把式子拆成均值、柯西、凸性、重排或切线法可处理的块。

提示 3

最后检查等号条件和边界情形是否都与题设兼容。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。1991 年 APMO P3 可先归入不等式:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?