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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / B1 · inequality

2017 Putnam B1

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/2017.pdf。

Putnam 2017 B1 inequality

Let L1L_1 and L2L_2 be distinct lines in the plane. Prove that L1L_1 and L2L_2 intersect if and only if, for every

real number λ0\lambda\neq 0 and every point PP not on L1L_1 or L2L_2, there exist points A1A_1 on L1L_1 and A2A_2

on L2L_2 such that PA2=λPA1\overrightarrow{PA_2} = \lambda \overrightarrow{PA_1}.

L1L_1L2L_2 为平面中不同的线。证明 L1L_1L2L_2 相交当且仅当对于每个

实数λ0\lambda\neq 0且不在L1L_1L2L_2上的每个点PP,在L1L_1A2A_2上存在点A1A_1

L2L_2 上,使得 PA2=λPA1\overrightarrow{PA_2} = \lambda \overrightarrow{PA_1}

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。2017 年 Putnam B1 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?