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番外 · 题谱 · 2009 · P4

2009 USAMO 第 4 题

不等式 · P1/P4 · 起手题

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 2009 P4 inequality

For n2n \ge 2 let a1a_1, a2a_2, ..., ana_n be positive real numbers such that

(a1+a2+...+an)(1a1+1a2+...+1an)(n+12)2(a_1+a_2+ ... +a_n)\left( {1 \over a_1} + {1 \over a_2} + ... +{1 \over a_n} \right) \le \left(n+ {1 \over 2} \right) ^2

Prove that max(a1,a2,...,an)4min(a1,a2,...,an)\text{max}(a_1, a_2, ... ,a_n) \le 4 \text{min}(a_1, a_2, ... , a_n).

对于 n2n \ge 2a1a_1, a2a_2, ..., ana_n 为正实数,使得

(a1+a2+...+an)(1a1+1a2+...+1an)(n+12)2(a_1+a_2+ ... +a_n)\left( {1 \over a_1} + {1 \over a_2} + ... +{1 \over a_n} \right) \le \left(n+ {1 \over 2} \right) ^2

证明 max(a1,a2,...,an)4min(a1,a2,...,an)\text{max}(a_1, a_2, ... ,a_n) \le 4 \text{min}(a_1, a_2, ... , a_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。2009 年 USAMO P4 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?