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2003 USAMO 第 2 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 2003 P2 inequality

A convex polygon P\mathcal{P} in the plane is dissected into smaller convex polygons by drawing all of its diagonals. The lengths of all sides and all diagonals of the polygon P\mathcal{P} are rational numbers. Prove that the lengths of all sides of all polygons in the dissection are also rational numbers.

平面上的凸多边形 P\mathcal{P} 通过绘制其所有对角线将其分割成更小的凸多边形。多边形 P\mathcal{P} 的所有边长和所有对角线的长度都是有理数。证明剖分中所有多边形的所有边长也是有理数。

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。2003 年 USAMO P2 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?