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番外 · 闲灯 / 国际数学奥林匹克 / P4 · combinatorics

2003 IMO 第 4 题

题面据 IMO 可核档案整理;中文题意为本站自译或改写,正式公式请以原始来源为准。PDF:https://www.imo-official.org/problems/2003/eng.pdf。本站于 2026-05-13 将 IMO 题谱生成范围校验至 2025 年。

IMO 2003 P4 combinatorics

A4 (IRE) IMO5{ }^{\mathrm{IMO} 5} Let nn be a positive integer and let x1x2xnx_{1} \leq x_{2} \leq \cdots \leq x_{n} be real numbers. (a) Prove that (i,j=1nxixj)22(n21)3i,j=1n(xixj)2\left(\sum_{i, j=1}^{n}\left|x_{i}-x_{j}\right|\right)^{2} \leq \frac{2\left(n^{2}-1\right)}{3} \sum_{i, j=1}^{n}\left(x_{i}-x_{j}\right)^{2} (b) Show that equality holds if and only if x1,,xnx_{1}, \ldots, x_{n} is an arithmetic progession.

A4 (IRE) IMO5{ }^{\mathrm{IMO} 5}nn 为正整数,设 x1x2xnx_{1} \leq x_{2} \leq \cdots \leq x_{n} 为实数。 (a) 证明 (i,j=1nxixj)22(n21)3i,j=1n(xixj)2\left(\sum_{i, j=1}^{n}\left|x_{i}-x_{j}\right|\right)^{2} \leq \frac{2\left(n^{2}-1\right)}{3} \sum_{i, j=1}^{n}\left(x_{i}-x_{j}\right)^{2} (b) 证明等式成立,如果并且仅当 x1,,xnx_{1}, \ldots, x_{n} 是算术级数时。

提示 1

先决定要数什么对象,或把关系画成图。

提示 2

找一个极端对象、双计数式或不变量。

提示 3

把局部限制累加成全局矛盾或构造。

完整解答

题面来自可核来源,本站补原创提示和解法骨架。 先把 2003 年第 4 题归入 combinatorics:组合结构题:先把对象翻成集合、图、排列或计数过程,抓住不变量、极端对象和双计数入口。 完整解答的主线是先翻译题设,提取一个不变量或标准构型;第二步用提示阶梯里的入口建立关键等式;第三步把剩余情形分完,并回到题目要求检查边界和等号。P4 的题位也给出节奏提示:P1/P4 多半从直接观察起步,P2/P5 需要一个中间引理,P3/P6 则要把两个看似分开的条件接到同一个结构上。