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番外 · 题谱 · 1993 · P5

1993 USAMO 第 5 题

不等式 · P2/P5 · 中段题

题面据 USAMO 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。

USAMO 1993 P5 inequality

Let a0,a1,a2,a_0, a_1, a_2,\cdots be a sequence of positive real numbers satisfying ai1ai+1ai2a_{i-1}a_{i+1}\le a^2_i for i=1,2,3,i = 1, 2, 3,\cdots . (Such a sequence is said to be log concave.) Show that for each n>1n > 1,

$$

\frac{a_0+\cdots+a_n}{n+1}\cdot\frac{a_1+\cdots+a_{n-1}}{n-1}\ge\frac{a_0+\cdots+a_{n-1}}{n}\cdot\frac{a_1+\cdots+a_{n}}{n}.

$$

a0,a1,a2,a_0, a_1, a_2,\cdots 为满足 ai1ai+1ai2a_{i-1}a_{i+1}\le a^2_i 的正实数序列,其中 i=1,2,3,i = 1, 2, 3,\cdots 。 (这样的序列被认为是对数凹的。)证明对于每个 n>1n > 1

a0++ann+1a1++an1n1a0++an1na1++ann\frac{a_0+\cdots+a_n}{n+1}\cdot\frac{a_1+\cdots+a_{n-1}}{n-1}\ge\frac{a_0+\cdots+a_{n-1}}{n}\cdot\frac{a_1+\cdots+a_{n}}{n}。

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。1993 年 USAMO P5 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?