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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A6 · algebra

2015 IMO Shortlist A6

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 2015 A6 algebra

Let nn be a fixed integer with n2n \geq 2. We say that two polynomials PP and QQ with real coefficients are block-similar if for each i{1,2,,n}i \in\{1,2, \ldots, n\} the sequences P(2015i),P(2015i1),,P(2015i2014) and Q(2015i),Q(2015i1),,Q(2015i2014)\begin{aligned} & P(2015 i), P(2015 i-1), \ldots, P(2015 i-2014) \quad \text { and } \\ & Q(2015 i), Q(2015 i-1), \ldots, Q(2015 i-2014) \end{aligned} are permutations of each other. (a) Prove that there exist distinct block-similar polynomials of degree n+1n+1. (b) Prove that there do not exist distinct block-similar polynomials of degree nn.

nn 为固定整数,n2n \geq 2。我们说两个具有实数系数的多项式 PPQQ 是块相似的,如果对于每个 i{1,2,,n}i \in\{1,2, \ldots, n\} 序列 P(2015i),P(2015i1),,P(2015i2014) 和 Q(2015i),Q(2015i1),,Q(2015i2014)\begin{aligned} & P(2015 i), P(2015 i-1), \ldots, P(2015 i-2014) \quad \text { 和 } \\ & Q(2015 i), Q(2015 i-1), \ldots, Q(2015 i-2014) \end{aligned} 是彼此的排列。 (a) 证明存在n+1n+1次的不同块相似多项式。 (b) 证明不存在nn次的不同块相似多项式。

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。2015 年 IMO Shortlist A6 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?