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2000 USAMO 第 1 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 2000 P1 inequality

Call a real-valued function ff very convex if

f(x)+f(y)2f(x+y2)+xy\frac {f(x) + f(y)}{2} \ge f\left(\frac {x + y}{2}\right) + |x - y|

holds for all real numbers xx and yy. Prove that no very convex function exists.

称实值函数 ff 为凸函数,如果

f(x)+f(y)2f(x+y2)+xy\frac {f(x) + f(y)}{2} \ge f\left(\frac {x + y}{2}\right) + |x - y|

对于所有实数 xxyy 成立。证明不存在非常凸的函数。

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。2000 年 USAMO P1 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?