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番外 · 题谱 · 2003 · P1

2003 IMO Shortlist S01

不等式 · P1/P4 · 起手题

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 2003 S01 inequality

Consider pairs of the sequences of positive real numbers a1a2a3,b1b2b3a_1\geq a_2\geq a_3\geq\cdots,\qquad b_1\geq b_2\geq b_3\geq\cdots and the sums An=a1++an,Bn=b1++bn;n=1,2,.A_n = a_1 + \cdots + a_n,\quad B_n = b_1 + \cdots + b_n;\qquad n = 1,2,\ldots. For any pair define cn=min{ai,bi}c_n = \min\{a_i,b_i\} and Cn=c1++cnC_n = c_1 + \cdots + c_n , n=1,2,n=1,2,\ldots .

(1) Does there exist a pair (ai)i1(a_i)_{i\geq 1} , (bi)i1(b_i)_{i\geq 1} such that the sequences (An)n1(A_n)_{n\geq 1} and (Bn)n1(B_n)_{n\geq 1} are unbounded while the sequence (Cn)n1(C_n)_{n\geq 1} is bounded?

(2) Does the answer to question (1) change by assuming additionally that bi=1/ib_i = 1/i , i=1,2,i=1,2,\ldots ?

Justify your answer.

考虑正实数序列对 a1a2a3,b1b2b3a_1\geq a_2\geq a_3\geq\cdots,\qquad b_1\geq b_2\geq b_3\geq\cdots 和和 An=a1++an,Bn=b1++bn;n=1,2,.A_n = a_1 + \cdots + a_n,\quad B_n = b_1 + \cdots + b_n;\qquad n = 1,2,\ldots. 对于任何对,定义 cn=min{ai,bi}c_n = \min\{a_i,b_i\}Cn=c1++cnC_n = c_1 + \cdots + c_nn=1,2,n=1,2,\ldots

(1) 是否存在一对 (ai)i1(a_i)_{i\geq 1}(bi)i1(b_i)_{i\geq 1} 使得序列 (An)n1(A_n)_{n\geq 1}(Bn)n1(B_n)_{n\geq 1} 无界,而序列 (Cn)n1(C_n)_{n\geq 1} 有界?

(2) 问题(1)的答案是否会因额外假设 bi=1/ib_i = 1/i , i=1,2,i=1,2,\ldots 而改变?

证明你的答案合理。

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。2003 年 IMO Shortlist S01 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?