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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P4 · number-theory

1991 USAMO 第 4 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 1991 P4 number-theory

Let a=mm+1+nn+1mm+nn,\, a =\frac{m^{m+1} + n^{n+1}}{m^m + n^n}, \, where m\,m\, and n\,n\, are positive integers. Prove that am+anmm+nn\,a^m + a^n \geq m^m + n^n.

[You may wish to analyze the ratio aNNNaN,\,\frac{a^N - N^N}{a-N}, for real a0\, a \geq 0 \, and integer N1\, N \ge 1.]

a=mm+1+nn+1mm+nn,\, a =\frac{m^{m+1} + n^{n+1}}{m^m + n^n}, \, 其中 m\,m\,n\,n\, 是正整数。证明 am+anmm+nn\,a^m + a^n \geq m^m + n^n

[您可能希望分析实数 a0\, a \geq 0 \, 和整数 N1\, N \ge 1 的比率 aNNNaN,\,\frac{a^N - N^N}{a-N},。]

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

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。1991 年 USAMO P4 可先归入数论: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?