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番外 · 题谱 · 1986 · P5

1986 Putnam A5

不等式 · P2/P5 · 中段题

题面据 Putnam 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。 PDF:https://kskedlaya.org/putnam-archive/1986.pdf。

Putnam 1986 A5 inequality

Suppose f1(x),f2(x),,fn(x)f_1(x), f_2(x), \dots, f_n(x) are functions of nn real

variables x=(x1,,xn)x = (x_1, \dots, x_n) with continuous second-order partial

derivatives everywhere on Rn\mathbb{R}^n. Suppose further that there are

constants cijc_{ij} such that

$$

\frac{\partial f_i}{\partial x_j} - \frac{\partial f_j}{\partial x_i}

= c_{ij}

$$

for all ii and jj, 1in1\leq i \leq n, 1jn1 \leq j \leq n. Prove that

there is a function g(x)g(x) on Rn\mathbb{R}^n such that $f_i + \partial

g/\partial x_iislinearforallis linear for alli,,1 \leq i \leq n$. (A linear

function is one of the form

$$

a_0 + a_1 x_1 + a_2 x_2 + \cdots + a_n x_n.)

$$

假设 f1(x),f2(x),,fn(x)f_1(x), f_2(x), \dots, f_n(x)nn 实数的函数

具有连续二阶部分的变量 x=(x1,,xn)x = (x_1, \dots, x_n)

Rn\mathbb{R}^n 上到处都是导数。进一步假设有

常量 cijc_{ij} 使得

$$

\frac{\partial f_i}{\partial x_j} - \frac{\partial f_j}{\partial x_i}

= c_{ij}

$$

对于所有 iijj1in1\leq i \leq n1jn1 \leq j \leq n。证明

Rn\mathbb{R}^n 上有一个函数 g(x)g(x) 使得 $f_i + \partial

g/\partial x_i对于所有对于所有i1 \leq i \leq n$ 都是线性的。 (线性

函数是形式之一

$$

a_0 + a_1 x_1 + a_2 x_2 + \cdots + a_n x_n。)

$$

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。1986 年 Putnam A5 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?