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番外 · 题谱 · 2005 · P20

2005 IMO Shortlist S20

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 2005 S20 inequality

Suppose we have a nn -gon. Some n3n-3 diagonals are coloured black and some other n3n-3 diagonals are coloured red (a side is not a diagonal), so that no two diagonals of the same colour can intersect strictly inside the polygon, although they can share a vertex. Find the maximum number of intersection points between diagonals coloured differently strictly inside the polygon, in terms of nn .

*Proposed by Alexander Ivanov, Bulgaria*

假设我们有一个 nn 边形。一些n3n-3对角线被涂成黑色,一些其他n3n-3对角线被涂成红色(边不是对角线),因此相同颜色的两条对角线不能在多边形内部严格相交,尽管它们可以共享一个顶点。求多边形内部严格不同颜色的对角线之间交点的最大数量,以 nn 为单位。

*由保加利亚亚历山大·伊万诺夫提议*

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。2005 年 IMO Shortlist S20 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?