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番外 · 题谱 · 1987 · P11

1987 Putnam B5

不等式 · P3/P6 · 压轴题

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 B5 inequality

Let OnO_n be the nn-dimensional vector (0,0,,0)(0,0,\cdots, 0). Let MM be

a 2n×n2n \times n matrix of complex numbers such that whenever $(z_1,

z_2, \dots, z_{2n})M = O_n,withcomplex, with complexz_i$, not all zero, then at

least one of the ziz_i is not real. Prove that for arbitrary real

numbers r1,r2,,r2nr_1, r_2, \dots, r_{2n}, there are complex numbers $w_1,

w_2, \dots, w_n$ such that

$$

\mathrm{re}\left[ M \left( \begin{array}{c} w_1 \\ \vdots \\ w_n \end{array}

\right) \right] = \left( \begin{array}{c} r_1 \\ \vdots \\ r_n

\end{array} \right).

$$

(Note: if CC is a matrix of complex numbers, re(C)\mathrm{re}(C) is the matrix

whose entries are the real parts of the entries of CC.)

OnO_nnn 维向量 (0,0,,0)(0,0,\cdots, 0)。设 MM

一个 2n×n2n \times n 复数矩阵,使得每当 $(z_1,

z_2, \dots, z_{2n})M = O_n,复数,复数z_i$,不全为零,则在

ziz_i 中至少有一个不是真实的。证明对于任意实数

数字 r1,r2,,r2nr_1, r_2, \dots, r_{2n}, 有复数 $w_1,

w_2, \dots, w_n$ 这样

$$

\mathrm{re}\left[ M \left( \begin{array}{c} w_1 \\ \vdots \\ w_n \end{array}

\right) \right] = \left( \begin{array}{c} r_1 \\ \vdots \\ r_n

\end{array}\right)。

$$

(注:如果CC是复数矩阵,则re(C)\mathrm{re}(C)是矩阵

其条目是 CC 条目的实部。)

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 B5 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?