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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / B6 · inequality

1985 Putnam B6

题面据 Putnam 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。 PDF:https://kskedlaya.org/putnam-archive/1985.pdf。

Putnam 1985 B6 inequality

Let GG be a finite set of real n×nn\times n matrices {Mi}\{M_i\}, $1

\leq i \leq r$, which form a group under matrix

multiplication. Suppose that i=1rtr(Mi)=0\sum_{i=1}^r \mathrm{tr}(M_i)=0, where

tr(A)\mathrm{tr}(A)

denotes the trace of the matrix AA. Prove that i=1rMi\sum_{i=1}^r M_i is

the n×nn \times n zero matrix.

GG为实数n×nn\times n矩阵的有限集{Mi}\{M_i\}, $1

\leq i \leq r$,在矩阵下形成一个群

乘法。假设 i=1rtr(Mi)=0\sum_{i=1}^r \mathrm{tr}(M_i)=0,其中

tr(A)\mathrm{tr}(A)

表示矩阵AA的迹。证明 i=1rMi\sum_{i=1}^r M_i

n×nn \times n 零矩阵。

提示 1

先猜等号形状,再看同次性、归一化和每一项的量纲。

提示 2

试着把式子拆成均值、柯西、凸性、重排或切线法可处理的块。

提示 3

最后检查等号条件和边界情形是否都与题设兼容。

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。1985 年 Putnam B6 可先归入不等式: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?