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番外 · 题谱 · 2001 · P3

2001 IMO Shortlist S03

不等式 · P3/P6 · 压轴题

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2001 S03 inequality

Let x1,x2,,xnx_1,x_2,\ldots,x_n be arbitrary real numbers. Prove the inequality

$$

\frac{x_1}{1+x_1^2} + \frac{x_2}{1+x_1^2 + x_2^2} + \cdots +

\frac{x_n}{1 + x_1^2 + \cdots + x_n^2} < \sqrt{n}.

$$

x1,x2,,xnx_1,x_2,\ldots,x_n 为任意实数。证明不等式

x11+x12+x21+x12+x22++xn1+x12++xn2<n\frac{x_1}{1+x_1^2} + \frac{x_2}{1+x_1^2 + x_2^2} + \cdots +
\frac{x_n}{1 + x_1^2 + \cdots + x_n^2} < \sqrt{n}。

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。2001 年 IMO Shortlist S03 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?