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番外 · 题谱 · 2006 · P3

2006 IMO Shortlist A3

代数 · 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 2006 A3 algebra

The sequence c0,c1,,cn,c_{0}, c_{1}, \ldots, c_{n}, \ldots is defined by c0=1,c1=0c_{0}=1, c_{1}=0 and cn+2=cn+1+cnc_{n+2}=c_{n+1}+c_{n} for n0n \geq 0. Consider the set SS of ordered pairs (x,y)(x, y) for which there is a finite set JJ of positive integers such that x=jJcj,y=jJcj1x=\sum_{j \in J} c_{j}, y=\sum_{j \in J} c_{j-1}. Prove that there exist real numbers α,β\alpha, \beta and m,Mm, M with the following property: An ordered pair of nonnegative integers (x,y)(x, y) satisfies the inequality m<αx+βy<Mm<\alpha x+\beta y<M if and only if (x,y)S(x, y) \in S. N. B. A sum over the elements of the empty set is assumed to be 0 . (Russia)

对于 n0n \geq 0,序列 c0,c1,,cn,c_{0}, c_{1}, \ldots, c_{n}, \ldotsc0=1,c1=0c_{0}=1, c_{1}=0cn+2=cn+1+cnc_{n+2}=c_{n+1}+c_{n} 定义。考虑有序对 (x,y)(x, y) 的集合 SS,其中存在正整数的有限集合 JJ,使得 x=jJcj,y=jJcj1x=\sum_{j \in J} c_{j}, y=\sum_{j \in J} c_{j-1}。证明存在实数 α,β\alpha, \betam,Mm, M,且具有以下性质:有序非负整数对 (x,y)(x, y) 满足不等式 m<αx+βy<Mm<\alpha x+\beta y<M 当且仅当 (x,y)S(x, y) \in S。注意:假设空集元素的总和为 0 。 (俄罗斯)

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

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。2006 年 IMO Shortlist A3 可先归入代数: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?