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2007 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 2007 P4 inequality

An animal with nn cells is a connected figure consisting of nn equal-sized square cells.1{}^1 The figure below shows an 8-cell animal.

A dinosaur is an animal with at least 2007 cells. It is said to be primitive if its cells cannot be partitioned into two or more dinosaurs. Find with proof the maximum number of cells in a primitive dinosaur.

1{}^1Animals are also called polyominoes. They can be defined inductively. Two cells are adjacent if they share a complete edge. A single cell is an animal, and given an animal with nn cells, one with n+1n+1 cells is obtained by adjoining a new cell by making it adjacent to one or more existing cells.

具有 nn 个细胞的动物是由 nn 个大小相等的方形细胞组成的连通图形。1{}^1 下图显示了一个 8 细胞的动物。

恐龙是一种至少有 2007 个细胞的动物。如果它的细胞不能分成两个或多个恐龙,那么它就被认为是原始的。找到并证明原始恐龙细胞的最大数量。

1{}^1动物也称为多骨牌。它们可以归纳地定义。如果两个单元共享完整的边缘,则它们是相邻的。单个细胞是一种动物,给定一只具有 nn 个细胞的动物,通过使新细胞与一个或多个现有细胞相邻来邻接一个新细胞,即可获得具有 n+1n+1 个细胞的动物。

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。2007 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?