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番外 · 题谱 · 2018 · P3

2018 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 2018 A3 algebra

Given any set SS of positive integers, show that at least one of the following two assertions holds: (1) There exist distinct finite subsets FF and GG of SS such that xF1/x=xG1/x\sum_{x \in F} 1 / x=\sum_{x \in G} 1 / x; (2) There exists a positive rational number r<1r<1 such that xF1/xr\sum_{x \in F} 1 / x \neq r for all finite subsets FF of SS. (Luxembourg)

给定任何正整数集合 SS,证明以下两个断言中至少有一个成立: (1) SS 存在不同的有限子集 FFGG,使得 xF1/x=xG1/x\sum_{x \in F} 1 / x=\sum_{x \in G} 1 / x; (2) 对于SS的所有有限子集FF,存在一个正有理数r<1r<1使得xF1/xr\sum_{x \in F} 1 / x \neq r。 (卢森堡)

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。2018 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?