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番外 · 题谱 · 2025 · P1

2025 CMO 第 1 题

不等式 · P1/P4 · 起手题

题面据中国数学奥林匹克 / AoPS 可核档案整理;中文题意为本站自译,英文行为来源英译摘要,公式请以原始来源为准。

CMO 2025 P1 inequality

Let a1,a2,,ana_1, a_2, \ldots, a_n be integers such that a1>a2>>an>1a_1 > a_2 > \cdots > a_n > 1. Let M=lcm(a1,a2,,an)M = \operatorname{lcm} \left( a_1, a_2, \ldots, a_n \right). For any finite nonempty set XX of positive integers, define f(X)=min1inxX{xai}.f(X) = \min_{1 \leq i \leq n} \sum_{x \in X} \left\{ \frac{x}{a_i} \right\}. Such a set XX is called *minimal* if for every proper subset YY of it, f(Y)<f(X)f(Y) < f(X) always holds.

Suppose XX is minimal and f(X)2anf(X) \geq \frac{2}{a_n} . Prove that Xf(X)M.|X| \leq f(X) \cdot M.

a1,a2,,ana_1, a_2, \ldots, a_n 为整数,使得 a1>a2>>an>1a_1 > a_2 > \cdots > a_n > 1。令 M=lcm(a1,a2,,an)M = \operatorname{lcm} \left( a_1, a_2, \ldots, a_n \right)。对于任何正整数的有限非空集 XX,定义 f(X)=min1inxX{xai}f(X) = \min_{1 \leq i \leq n} \sum_{x \in X} \left\{ \frac{x}{a_i} \right\}。 这样的集合 XX 被称为*最小*,如果对于它的每个真子集 YYf(Y)<f(X)f(Y) < f(X) 始终成立。

假设 XX 是最小的并且 f(X)2anf(X) \geq \frac{2}{a_n} 。证明 Xf(X)M.|X| \leq f(X) \cdot M.

提示 1

先说出现象:哪些量会变,哪些约束不会变。

提示 2

找守恒量、相似关系、平衡条件或不变量,不急着代公式。

提示 3

把物理图景或谜题结构翻成一个最小方程组,再处理边界情况。

完整解答

题面已直接收录。先把 2025 年 CMO 第 1 题的条件整理成对象、关系、目标三部分;再沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;最后补齐边界情形,并回到原题要求核对。

这类题最怕一上来套公式。先把图景或语言条件说清楚,答案通常会少绕很多路。