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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A2 · algebra

2023 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 2023 A2 algebra

Let R\mathbb{R} be the set of real numbers. Let f:RRf: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} be a function such that f(x+y)f(xy)f(x)2f(y)2f(x+y) f(x-y) \geq f(x)^{2}-f(y)^{2} for every x,yRx, y \in \mathbb{R}. Assume that the inequality is strict for some x0,y0Rx_{0}, y_{0} \in \mathbb{R}. Prove that f(x)0f(x) \geq 0 for every xRx \in \mathbb{R} or f(x)0f(x) \leq 0 for every xRx \in \mathbb{R}. (Malaysia)

R\mathbb{R} 为实数集。令 f:RRf: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} 为一个函数,使得 f(x+y)f(xy)f(x)2f(y)2f(x+y) f(x-y) \geq f(x)^{2}-f(y)^{2} 对于每个 x,yRx, y \in \mathbb{R}。假设对于某些 x0,y0Rx_{0}, y_{0} \in \mathbb{R} 来说,不等式是严格的。证明 f(x)0f(x) \geq 0 对于每个 xRx \in \mathbb{R}f(x)0f(x) \leq 0 对于每个 xRx \in \mathbb{R}。 (马来西亚)

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。2023 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?