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1977 USAMO 第 5 题

题面据 USAMO 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。

USAMO 1977 P5 inequality

If a,b,c,d,ea,b,c,d,e are positive numbers bounded by pp and qq, i.e, if they lie in [p,q],0<p[p,q], 0 < p, prove that

(a+b+c+d+e)(1a+1b+1c+1d+1e)25+6(pqqp)2(a+b +c +d +e)\left(\frac{1}{a} +\frac {1}{b} +\frac{1}{c} + \frac{1}{d} +\frac{1}{e}\right) \le 25 + 6\left(\sqrt{\frac {p}{q}} - \sqrt {\frac{q}{p}}\right)^2

and determine when there is equality.

如果 a,b,c,d,ea,b,c,d,e 是由 ppqq 界定的正数,即,如果它们位于 [p,q],0<p[p,q], 0 < p,则证明

(a+b+c+d+e)(1a+1b+1c+1d+1e)25+6(pqqp)2(a+b +c +d +e)\left(\frac{1}{a} +\frac {1}{b} +\frac{1}{c} + \frac{1}{d} +\frac{1}{e}\right) \le 25 + 6\left(\sqrt{\frac {p}{q}} - \sqrt {\frac{q}{p}}\right)^2

并确定何时存在平等。

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。1977 年 USAMO P5 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?