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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A3 · inequality

2023 Putnam A3

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/2023.pdf。

Putnam 2023 A3 inequality

Determine the smallest positive real number rr such that there exist differentiable functions f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R} and
g:RRg: \mathbb{R} \to \mathbb{R} satisfying

(a) f(0)>0f(0) > 0,

(b) g(0)=0g(0) = 0,

(c) f(x)g(x)|f'(x)| \leq |g(x)| for all xx,

(d) g(x)f(x)|g'(x)| \leq |f(x)| for all xx, and

(e) f(r)=0f(r) = 0.

确定最小正实数rr,使得存在可微函数f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R} 并且

g:RRg: \mathbb{R} \to \mathbb{R} 满足

(a) f(0)>0f(0) > 0,

(b) g(0)=0g(0) = 0,

(c) f(x)g(x)|f'(x)| \leq |g(x)| 对于所有 xx

(d) g(x)f(x)|g'(x)| \leq |f(x)| 对于所有 xx,并且

(e) f(r)=0f(r) = 0

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。2023 年 Putnam A3 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?