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番外 · 题谱 · 2009 · P2

2009 APMO 第 2 题

代数 · P2/P5 · 中段题

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 2009 P2 algebra

Let a1,a2,a3,a4,a5a_{1}, a_{2}, a_{3}, a_{4}, a_{5} be real numbers satisfying the following equations:

a1k2+1+a2k2+2+a3k2+3+a4k2+4+a5k2+5=1k2 for k=1,2,3,4,5\frac{a_{1}}{k^{2}+1}+\frac{a_{2}}{k^{2}+2}+\frac{a_{3}}{k^{2}+3}+\frac{a_{4}}{k^{2}+4}+\frac{a_{5}}{k^{2}+5}=\frac{1}{k^{2}} \text { for } k=1,2,3,4,5

Find the value of a137+a238+a339+a440+a541\frac{a_{1}}{37}+\frac{a_{2}}{38}+\frac{a_{3}}{39}+\frac{a_{4}}{40}+\frac{a_{5}}{41}. (Express the value in a single fraction.)

a1a2a3a4a5a_{1}、a_{2}、a_{3}、a_{4}、a_{5}为满足以下方程的实数:

$$

\frac{a_{1}}{k^{2}+1}+\frac{a_{2}}{k^{2}+2}+\frac{a_{3}}{k^{2}+3}+\frac{a_{4}}{k^{2}+4}+\frac{a_{5}}{k^{2}+5}=\frac{1}{k^{2}} \text { 为 } k=1,2,3,4,5

$$

a137+a238+a339+a440+a541\frac{a_{1}}{37}+\frac{a_{2}}{38}+\frac{a_{3}}{39}+\frac{a_{4}}{40}+\frac{a_{5}}{41} 的值。 (用单个分数表示该值。)

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

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。2009 年 APMO P2 可先归入代数: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?