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番外 · 题谱 · 1997 · P4

1997 Putnam A4

不等式 · P1/P4 · 起手题

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/1997.pdf。

Putnam 1997 A4 inequality

Let GG be a group with identity ee and ϕ:GG\phi:G\rightarrow G

a function such that

ϕ(g1)ϕ(g2)ϕ(g3)=ϕ(h1)ϕ(h2)ϕ(h3)\phi(g_1)\phi(g_2)\phi(g_3)=\phi(h_1)\phi(h_2)\phi(h_3)

whenever g1g2g3=e=h1h2h3g_1g_2g_3=e=h_1h_2h_3. Prove that there exists an element

aGa\in G such that ψ(x)=aϕ(x)\psi(x)=a\phi(x) is a homomorphism (i.e.

ψ(xy)=ψ(x)ψ(y)\psi(xy)=\psi(x)\psi(y) for all x,yGx,y\in G).

GG 是一个具有身份 eeϕ:GG\phi:G\rightarrow G 的群

一个函数使得

ϕ(g1)ϕ(g2)ϕ(g3)=ϕ(h1)ϕ(h2)ϕ(h3)\phi(g_1)\phi(g_2)\phi(g_3)=\phi(h_1)\phi(h_2)\phi(h_3)

每当 g1g2g3=e=h1h2h3g_1g_2g_3=e=h_1h_2h_3 时。证明存在一个元素

aGa\in G 使得 ψ(x)=aϕ(x)\psi(x)=a\phi(x) 是同态(即

ψ(xy)=ψ(x)ψ(y)\psi(xy)=\psi(x)\psi(y) 对于所有 x,yGx,y\in G)。

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。1997 年 Putnam A4 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?