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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A2 · algebra

2014 IMO Shortlist A2

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 2014 A2 algebra

Define the function f:(0,1)(0,1)f:(0,1) \rightarrow(0,1) by f(x)={x+12 if x<12x2 if x12f(x)= \begin{cases}x+\frac{1}{2} & \text { if } x<\frac{1}{2} \\ x^{2} & \text { if } x \geq \frac{1}{2}\end{cases} Let aa and bb be two real numbers such that 0<a<b<10<a<b<1. We define the sequences ana_{n} and bnb_{n} by a0=a,b0=ba_{0}=a, b_{0}=b, and an=f(an1),bn=f(bn1)a_{n}=f\left(a_{n-1}\right), b_{n}=f\left(b_{n-1}\right) for n>0n>0. Show that there exists a positive integer nn such that (anan1)(bnbn1)<0.\left(a_{n}-a_{n-1}\right)\left(b_{n}-b_{n-1}\right)<0 . (Denmark)

定义函数 f:(0,1)(0,1)f:(0,1) \rightarrow(0,1) f(x)={x+12 if x<12x2 if x12f(x)= \begin{cases}x+\frac{1}{2} & \text { if } x<\frac{1}{2} \\ x^{2} & \text { if } x \geq \frac{1}{2}\end{cases}aabb 为两个实数,使得 0<a<b<10<a<b<1。我们通过 a0=ab0=ba_{0}=a、b_{0}=ban=f(an1)bn=f(bn1)a_{n}=f\left(a_{n-1}\right)、b_{n}=f\left(b_{n-1}\right)(对于 n>0n>0)定义序列 ana_{n}bnb_{n}。证明存在一个正整数 nn 使得 (anan1)(bnbn1)<0\left(a_{n}-a_{n-1}\right)\left(b_{n}-b_{n-1}\right)<0 。(丹麦)

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。2014 年 IMO Shortlist A2 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?