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2021 Putnam B3

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/2021.pdf。

Putnam 2021 B3 geometry

Let h(x,y)h(x,y) be a real-valued function that is twice continuously differentiable throughout R2\mathbb{R}^2, and define

$$

\rho(x,y) = yh_x - xh_y.

$$

Prove or disprove: For any positive constants dd and rr with d>rd>r, there is a circle S\mathcal{S} of radius rr whose center is a distance dd away from the origin such that the integral of ρ\rho over the interior of S\mathcal{S} is zero.

h(x,y)h(x,y) 为实值函数,在 R2\mathbb{R}^2 中连续两次可微,并定义

$$

\rho(x,y) = yh_x - xh_y。

$$

证明或反证:对于任何正常数ddrrd>rd>r,存在一个半径为rr的圆S\mathcal{S},圆心距原点dd,使得ρ\rhoS\mathcal{S}内部的积分为零。

提示 1

先标出固定点、动点、角、圆和长度关系。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比、反演或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成标准定理,或补出一个让结构闭合的辅助点。

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。2021 年 Putnam B3 可先归入几何: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?