灯下 登录

2019 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/2019.pdf。

Putnam 2019 B4 algebra

Let F\mathcal{F} be the set of functions f(x,y)f(x,y) that are twice continuously differentiable for x1x \geq 1, y1y \geq 1 and that satisfy the following two equations (where subscripts denote partial derivatives):

\begin{gather*}

xf_x + yf_y = xy \ln(xy), \\

x^2 f_{xx} + y^2 f_{yy} = xy.

\end{gather*}

For each fFf \in \mathcal{F}, let

$$

m(f) = \min_{s \geq 1} \left(f(s+1,s+1) - f(s+1,s) - f(s,s+1) + f(s,s) \right).

$$

Determine m(f)m(f), and show that it is independent of the choice of ff.

F\mathcal{F} 为函数集 f(x,y)f(x,y),对于 x1x \geq 1y1y \geq 1 两次连续可微,并且满足以下两个方程(其中下标表示偏导数):

\开始{收集*}

xf_x + yf_y = xy \ln(xy), \\

x^2 f_{xx} + y^2 f_{yy} = xy。

\结束{聚集*}

对于每个 fFf \in \mathcal{F},令

$$

m(f) = \min_{s \geq 1} \left(f(s+1,s+1) - f(s+1,s) - f(s,s+1) + f(s,s) \right)。

$$

确定m(f)m(f),并证明它与ff的选择无关。

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。2019 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?