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番外 · 题谱 · 2003 · P22

2003 IMO Shortlist S22

数论 · 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 2003 S22 number-theory

Let nn be a positive integer and let (x1,,xn)(x_1,\ldots,x_n) , (y1,,yn)(y_1,\ldots,y_n) be two sequences of positive real numbers. Suppose (z2,,z2n)(z_2,\ldots,z_{2n}) is a sequence of positive real numbers such that zi+j2xiyjz_{i+j}^2 \geq x_iy_j for all 1i,jn1\le i,j \leq n .

Let M=max{z2,,z2n}M=\max\{z_2,\ldots,z_{2n}\} . Prove that (M+z2++z2n2n)2(x1++xnn)(y1++ynn).\left( \frac{M+z_2+\dots+z_{2n}}{2n} \right)^2
\ge
\left( \frac{x_1+\dots+x_n}{n} \right)
\left( \frac{y_1+\dots+y_n}{n} \right).

<details><summary>comment</summary>*Edited by Orl.*</details>

*Proposed by Reid Barton, USA*

nn 为正整数,并令 (x1,,xn)(x_1,\ldots,x_n)(y1,,yn)(y_1,\ldots,y_n) 为两个正实数序列。假设 (z2,,z2n)(z_2,\ldots,z_{2n}) 是正实数序列,使得 zi+j2xiyjz_{i+j}^2 \geq x_iy_j 对于所有 1i,jn1\le i,j \leq n

M=max{z2,,z2n}M=\max\{z_2,\ldots,z_{2n}\} 。证明$$

\left(\frac{M+z_2+\dots+z_{2n}}{2n} \right)^2

\ge

\left(\frac{x_1+\dots+x_n}{n} \right)

\left(\frac{y_1+\dots+y_n}{n}\right)。 $$

<details><summary>评论</summary>*由 Orl 编辑。*</details>

*由美国 Reid Barton 提出*

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

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 S22 可先归入数论: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?