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2017 Putnam B4

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 B4 algebra

Evaluate the sum

\begin{gather*}

\sum_{k=0}^\infty \left( 3 \cdot \frac{\ln(4k+2)}{4k+2} - \frac{\ln(4k+3)}{4k+3} - \frac{\ln(4k+4)}{4k+4} - \frac{\ln(4k+5)}{4k+5} \right) \\

= 3 \cdot \frac{\ln 2}{2} - \frac{\ln 3}{3} - \frac{\ln 4}{4} - \frac{\ln 5}{5}

+ 3 \cdot \frac{\ln 6}{6} - \frac{\ln 7}{7} \\ - \frac{\ln 8}{8} - \frac{\ln 9}{9}

+ 3 \cdot \frac{\ln 10}{10} - \cdots .

\end{gather*}

(As usual, lnx\ln x denotes the natural logarithm of xx.)

评估总和

\开始{收集*}

\sum_{k=0}^\infty \left( 3 \cdot \frac{\ln(4k+2)}{4k+2} - \frac{\ln(4k+3)}{4k+3} - \frac{\ln(4k+4)}{4k+4} - \frac{\ln(4k+5)}{4k+5} \right) \\

= 3 \cdot \frac{\ln 2}{2} - \frac{\ln 3}{3} - \frac{\ln 4}{4} - \frac{\ln 5}{5}

+ 3 \cdot \frac{\ln 6}{6} - \frac{\ln 7}{7} \\ - \frac{\ln 8}{8} - \frac{\ln 9}{9}

+ 3 \cdot \frac{\ln 10}{10} - \cdots 。

\结束{聚集*}

(与往常一样,lnx\ln x 表示 xx 的自然对数。)

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。2017 年 Putnam B4 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?