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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A1 · inequality

1987 Putnam A1

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/1987.pdf。

Putnam 1987 A1 inequality

Curves A,B,CA,B,C and DD are defined in the plane as follows:

$$

\begin{aligned}

A &= \left\{ (x,y): x^2-y^2 = \frac{x}{x^2+y^2} \right\}, \\

B &= \left\{ (x,y): 2xy + \frac{y}{x^2+y^2} = 3 \right\}, \\

C &= \left\{ (x,y): x^3-3xy^2+3y=1 \right\}, \\

D &= \left\{ (x,y): 3x^2 y - 3x - y^3 = 0\right\}.

\end{aligned}

$$

Prove that AB=CDA \cap B = C \cap D.

曲线 ABCA、B、CDD 在平面中定义如下:

$$

\开始{对齐}

A &= \left\{ (x,y): x^2-y^2 = \frac{x}{x^2+y^2} \right\}, \\

B &= \left\{ (x,y): 2xy + \frac{y}{x^2+y^2} = 3 \right\}, \\

C &= \left\{ (x,y): x^3-3xy^2+3y=1 \right\}, \\

D &= \left\{ (x,y): 3x^2 y - 3x - y^3 = 0\right\}。

\结束{对齐}

$$

证明 AB=CDA \cap B = C \cap D

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。1987 年 Putnam A1 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?