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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A7 · algebra

2012 IMO Shortlist A7

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 2012 A7 algebra

We say that a function f:RkRf: \mathbb{R}^{k} \rightarrow \mathbb{R} is a metapolynomial if, for some positive integers mm and nn, it can be represented in the form f(x1,,xk)=maxi=1,,mminj=1,,nPi,j(x1,,xk)f\left(x_{1}, \ldots, x_{k}\right)=\max _{i=1, \ldots, m} \min _{j=1, \ldots, n} P_{i, j}\left(x_{1}, \ldots, x_{k}\right) where Pi,jP_{i, j} are multivariate polynomials. Prove that the product of two metapolynomials is also a metapolynomial.

我们说函数 f:RkRf: \mathbb{R}^{k} \rightarrow \mathbb{R} 是元多项式,如果对于某些正整数 mmnn,它可以表示为 f(x1,,xk)=maxi=1,,mminj=1,,n的形式Pi,j(x1,,xk)f\left(x_{1}, \ldots, x_{k}\right)=\max _{i=1, \ldots, m} \min _{j=1, \dots, n} 的形式P_{i, j}\left(x_{1}, \ldots, x_{k}\right) 其中 Pi,jP_{i, j} 是多元多项式。证明两个元多项式的乘积也是元多项式。

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。2012 年 IMO Shortlist A7 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?