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1994 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 1994 P4 inequality

Let a1,a2,a3,\, a_1, a_2, a_3, \ldots \, be a sequence of positive real numbers satisfying j=1najn\, \sum_{j = 1}^n a_j \geq \sqrt {n} \, for all n1\, n \geq 1. Prove that, for all n1,\, n \geq 1, \,

$$

\sum_{j = 1}^n a_j^2 > \frac {1}{4} \left( 1 + \frac {1}{2} + \cdots + \frac {1}{n} \right).

$$

a1,a2,a3,\, a_1, a_2, a_3, \ldots \, 为满足 j=1najn\, \sum_{j = 1}^n a_j \geq \sqrt {n} \, 的正实数序列,对于所有 n1\, n \geq 1。证明,对于所有 n1,\, n \geq 1, \,

j=1naj2>14(1+12++1n)\sum_{j = 1}^n a_j^2 > \frac {1}{4} \left( 1 + \frac {1}{2} + \cdots + \frac {1}{n} \right)。

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。1994 年 USAMO P4 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?