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2023 APMO 第 4 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 2023 P4 inequality

Let c>0c>0 be a given positive real and R>0\mathbb{R}_{>0} be the set of all positive reals. Find all functions f:R>0R>0f: \mathbb{R}_{>0} \rightarrow \mathbb{R}_{>0} such that

f((c+1)x+f(y))=f(x+2y)+2cx for all x,yR>0f((c+1) x+f(y))=f(x+2 y)+2 c x \quad \text { for all } x, y \in \mathbb{R}_{>0}

Answer: f(x)=2xf(x)=2 x for all x>0x>0.

c>0c>0 为给定的正实数,R>0\mathbb{R}_{>0} 为所有正实数的集合。找到所有函数 f:R>0R>0f: \mathbb{R}_{>0} \rightarrow \mathbb{R}_{>0} 使得

$$

f((c+1) x+f(y))=f(x+2 y)+2 c x \quad \text { 对于所有 } x, y \in \mathbb{R}_{>0}

$$

答案:对于所有x>0x>0f(x)=2xf(x)=2 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。2023 年 APMO 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?