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2016 APMO 第 5 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 2016 P5 inequality

Find all functions f:R+R+f: \mathbb{R}^{+} \rightarrow \mathbb{R}^{+}such that

(z+1)f(x+y)=f(xf(z)+y)+f(yf(z)+x)(z+1) f(x+y)=f(x f(z)+y)+f(y f(z)+x)

for all positive real numbers x,y,zx, y, z.

Answer: The only solution is f(x)=xf(x)=x for all positive real numbers xx.

找到所有函数 f:R+R+f: \mathbb{R}^{+} \rightarrow \mathbb{R}^{+}使得

(z+1)f(x+y)=f(xf(z)+y)+f(yf(z)+x)(z+1) f(x+y)=f(x f(z)+y)+f(y f(z)+x)

对于所有正实数 x,y,zx, y, z
答案:对于所有正实数 xx,唯一的解决方案是 f(x)=xf(x)=x

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。2016 年 APMO 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?