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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / S14 · inequality

2003 IMO Shortlist S14

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2003 S14 inequality

Let x1,,xnx_1,\ldots, x_n and y1,,yny_1,\ldots, y_n be real numbers. Let A=(aij)1i,jnA = (a_{ij})_{1\leq i,j\leq n} be the matrix with entries aij={1,if xi+yj0;0,if xi+yj<0.a_{ij} = \begin{cases}1,&\text{if }x_i + y_j\geq 0;0,&\text{if }x_i + y_j < 0.\end{cases} Suppose that BB is an n×nn\times n matrix with entries 00 , 11 such that the sum of the elements in each row and each column of BB is equal to the corresponding sum for the matrix AA . Prove that A=BA=B .

x1,,xnx_1,\ldots, x_ny1,,yny_1,\ldots, y_n 为实数。设 A=(aij)1i,jnA = (a_{ij})_{1\leq i,j\leq n} 为包含条目的矩阵 aij={1,if xi+yj0;0,if xi+yj<0.a_{ij} = \begin{cases}1,&\text{if }x_i + y_j\geq 0;0,&\text{if }x_i + y_j < 0.\end{cases} 假设 BB 是包含条目的 n×nn\times n 矩阵00 , 11 使得 BB 的每行和每列中的元素之和等于矩阵 AA 的相应总和。证明 A=BA=B

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。2003 年 IMO Shortlist S14 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?