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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A4 · inequality

1996 Putnam A4

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/1996.pdf。

Putnam 1996 A4 inequality

Let SS be the set of ordered triples (a,b,c)(a, b, c) of distinct elements
of a finite set AA. Suppose that

\item (a,b,c)S(a,b,c) \in S if and only if (b,c,a)S(b,c,a) \in S;
\item (a,b,c)S(a,b,c) \in S if and only if (c,b,a)S(c,b,a) \notin S;
\item (a,b,c)(a,b,c) and (c,d,a)(c,d,a) are both in SS if and only if (b,c,d)(b,c,d)
and (d,a,b)(d,a,b) are both in SS.

Prove that there exists a one-to-one function gg from AA to RR such

that g(a)<g(b)<g(c)g(a) < g(b) < g(c) implies (a,b,c)S(a,b,c) \in S. Note: RR is the

set of real numbers.

SS 为不同元素的有序三元组 (a,b,c)(a, b, c) 的集合

有限集AA。假设

\item (a,b,c)S(a,b,c) \in S 当且仅当 (b,c,a)S(b,c,a) \in S;
\item (a,b,c)S(a,b,c) \in S 当且仅当 (c,b,a)S(c,b,a) \notin S;
\item (a,b,c)(a,b,c)(c,d,a)(c,d,a) 都在 SS 中当且仅当 (b,c,d)(b,c,d)
(d,a,b)(d,a,b) 都在 SS 中。

证明存在从AARR的一对一函数gg,这样
g(a)<g(b)<g(c)g(a) < g(b) < g(c) 意味着 (a,b,c)S(a,b,c) \in S。注:RR
一组实数。

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。1996 年 Putnam A4 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?