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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A3 · algebra

2007 IMO Shortlist A3

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 2007 A3 algebra

Let nn be a positive integer, and let xx and yy be positive real numbers such that xn+yn=1x^{n}+y^{n}=1. Prove that (k=1n1+x2k1+x4k)(k=1n1+y2k1+y4k)<1(1x)(1y)\left(\sum_{k=1}^{n} \frac{1+x^{2 k}}{1+x^{4 k}}\right)\left(\sum_{k=1}^{n} \frac{1+y^{2 k}}{1+y^{4 k}}\right)<\frac{1}{(1-x)(1-y)} (Estonia)

nn为正整数,并令xxyy为正实数,使得xn+yn=1x^{n}+y^{n}=1。证明 (k=1n1+x2k1+x4k)(k=1n1+y2k1+y4k)<1(1x)(1y)\left(\sum_{k=1}^{n} \frac{1+x^{2 k}}{1+x^{4 k}}\right)\left(\sum_{k=1}^{n} \frac{1+y^{2 k}}{1+y^{4 k}}\right)<\frac{1}{(1-x)(1-y)} (爱沙尼亚)

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

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。2007 年 IMO Shortlist A3 可先归入代数: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?