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番外 · 题谱 · 1999 · P2

1999 Putnam A2

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/1999.pdf。

Putnam 1999 A2 inequality

Let p(x)p(x) be a polynomial that is nonnegative for all real xx. Prove that

for some kk, there are polynomials f1(x),,fk(xf_1(x),\dots,f_k(x) such that

p(x)=j=1k(fj(x))2.p(x) = \sum_{j=1}^k (f_j(x))^2.

p(x)p(x) 为一个对于所有实数 xx 均为非负的多项式。证明

对于某些 kk,有多项式 f1(x),,fk(xf_1(x),\dots,f_k(x) 使得

p(x)=j=1k(fj(x))2p(x) = \sum_{j=1}^k (f_j(x))^2。

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。1999 年 Putnam A2 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?