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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P3 · number-theory

2012 APMO 第 3 题

题面据 APMO 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。

APMO 2012 P3 number-theory

Let nn be an integer greater than or equal to 22 . Prove that if the real numbers a1,a2,,ana_1 , a_2 , \cdots , a_n satisfy a12+a22++an2=na_1 ^2 + a_2 ^2 + \cdots + a_n ^ 2 = n , then

1i<jn1naiajn2\sum_{1 \le i < j \le n} \frac{1}{n- a_i a_j} \le \frac{n}{2}

must hold.

nn为大于或等于22的整数。证明如果实数 a1,a2,,ana_1 , a_2 , \cdots , a_n 满足 a12+a22++an2=na_1 ^2 + a_2 ^2 + \cdots + a_n ^ 2 = n ,则

1i<jn1naiajn2\sum_{1 \le i < j \le n} \frac{1}{n- a_i a_j} \le \frac{n}{2}

必须持有。

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

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 APMO P3 可先归入数论: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?