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番外 · 题谱 · 2012 · P11

2012 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/2012.pdf。

Putnam 2012 B5 inequality

Prove that, for any two bounded functions g1,g2:\RR[1,)g_1, g_2: \RR \to [1, \infty),

there exist functions h1,h2:\RR\RRh_1, h_2: \RR \to \RR such that, for every x\RRx \in \RR,

$$

\sup_{s \in \RR} (g_1(s)^x g_2(s)) = \max_{t \in \RR} (x h_1(t) + h_2(t)).

$$

证明,对于任意两个有界函数 g1,g2:\RR[1,)g_1, g_2: \RR \to [1, \infty)

存在函数 h1,h2:\RR\RRh_1, h_2: \RR \to \RR 这样,对于每个 x\RRx \in \RR

$$

\sup_{s \in \RR} (g_1(s)^x g_2(s)) = \max_{t \in \RR} (x h_1(t) + h_2(t))。

$$

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。2012 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?