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番外 · 题谱 · 1987 · P5

1987 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/1987.pdf。

Putnam 1987 A5 inequality

Let
G(x,y)=(yx2+4y2,xx2+4y2,0).\vec{G}(x,y) = \left( \frac{-y}{x^2+4y^2}, \frac{x}{x^2+4y^2},0
\right).

Prove or disprove that there is a vector-valued function
F(x,y,z)=(M(x,y,z),N(x,y,z),P(x,y,z))\vec{F}(x,y,z) = (M(x,y,z), N(x,y,z), P(x,y,z))
with the following properties:

(i) M,N,PM,N,P have continuous partial derivatives for all
(x,y,z)(0,0,0)(x,y,z) \neq (0,0,0);

(ii) CurlF=0\mathrm{Curl}\,\vec{F} = \vec{0} for all (x,y,z)(0,0,0)(x,y,z) \neq (0,0,0);

(iii) F(x,y,0)=G(x,y)\vec{F}(x,y,0) = \vec{G}(x,y).

$$

\vec{G}(x,y) = \left( \frac{-y}{x^2+4y^2}, \frac{x}{x^2+4y^2},0

\右)。

$$

证明或反驳向量值函数的存在

$$

\vec{F}(x,y,z) = (M(x,y,z), N(x,y,z), P(x,y,z))

$$

具有以下属性:

(i) M,N,PM,N,P 对于所有的都有连续偏导数

(x,y,z)(0,0,0)(x,y,z) \neq (0,0,0);

(ii) CurlF=0\mathrm{Curl}\,\vec{F} = \vec{0} 对于所有 (x,y,z)(0,0,0)(x,y,z) \neq (0,0,0)

(iii) F(x,y,0)=G(x,y)\vec{F}(x,y,0) = \vec{G}(x,y)

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。1987 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?