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番外 · 题谱 · 2009 · P11

2009 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/2009.pdf。

Putnam 2009 B5 inequality

Let f:(1,)Rf: (1, \infty) \to \mathbb{R} be a differentiable function such that

$$

f'(x) = \frac{x^2 - f(x)^2}{x^2 (f(x)^2 + 1)}

\qquad \text{for all x>1x>1.}

$$

Prove that limxf(x)=\lim_{x \to \infty} f(x) = \infty.

f:(1,)Rf: (1, \infty) \to \mathbb{R} 为可微函数,使得

$$

f'(x) = \frac{x^2 - f(x)^2}{x^2 (f(x)^2 + 1)}

\qquad \text{对于所有 x>1x>1。}

$$

证明 limxf(x)=\lim_{x \to \infty} f(x) = \infty

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。2009 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?