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2009 Putnam A6

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/2009.pdf。

Putnam 2009 A6 algebra

Let f:[0,1]2Rf:[0,1]^2 \to \mathbb{R} be a continuous function on the closed unit

square such that fx\frac{\partial f}{\partial x} and fy\frac{\partial f}{\partial y} exist

and are continuous on the interior (0,1)2(0,1)^2. Let a=01f(0,y)dya = \int_0^1 f(0,y)\,dy,

b=01f(1,y)dyb = \int_0^1 f(1,y)\,dy, c=01f(x,0)dxc = \int_0^1 f(x,0)\,dx, d=01f(x,1)dxd = \int_0^1 f(x,1)\,dx.

Prove or disprove: There must be a point (x0,y0)(x_0,y_0) in (0,1)2(0,1)^2 such that

$$

\frac{\partial f}{\partial x} (x_0,y_0) = b - a

\quad \text{and} \quad

\frac{\partial f}{\partial y} (x_0,y_0) = d - c.

$$

f:[0,1]2Rf:[0,1]^2 \to \mathbb{R} 为闭单元上的连续函数

平方使得 fx\frac{\partial f}{\partial x}fy\frac{\partial f}{\partial y} 存在

且在内部 (0,1)2(0,1)^2 上连续。设 a=01f(0,y)dya = \int_0^1 f(0,y)\,dy,

b=01f(1,y)dyb = \int_0^1 f(1,y)\,dyc=01f(x,0)dxc = \int_0^1 f(x,0)\,dxd=01f(x,1)dxd = \int_0^1 f(x,1)\,dx

证明或反驳:(0,1)2(0,1)^2 中必须存在一个点 (x0,y0)(x_0,y_0) 使得

$$

\frac{\partial f}{\partial x} (x_0,y_0) = b - a

\quad \text{和} \quad

\frac{\partial f}{\partial y} (x_0,y_0) = d - c。

$$

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。2009 年 Putnam 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?