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1989 USAMO 第 3 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 1989 P3 inequality

Let P(z)=zn+c1zn1+c2zn2++cnP(z)= z^n + c_1 z^{n-1} + c_2 z^{n-2} + \cdots + c_n be a polynomial in the complex variable zz, with real coefficients ckc_k. Suppose that P(i)<1|P(i)| < 1. Prove that there exist real numbers aa and bb such that P(a+bi)=0P(a + bi) = 0 and (a2+b2+1)2<4b2+1(a^2 + b^2 + 1)^2 < 4 b^2 + 1.

P(z)=zn+c1zn1+c2zn2++cnP(z)= z^n + c_1 z^{n-1} + c_2 z^{n-2} + \cdots + c_n 为复数变量 zz 中的多项式,实数系数为 ckc_k。假设 P(i)<1美元。证明存在实数|P(i)| < 1 美元。证明存在实数ab,使得,使得P(a + bi) = 0(a^2 + b^2 + 1)^2 < 4 b^2 + 1$。

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。1989 年 USAMO P3 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?