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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P6 · number-theory

2020 USAMO 第 6 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 2020 P6 number-theory

Let n2n \ge 2 be an integer. Let x1x2xnx_1 \ge x_2 \ge \cdots \ge x_n and y1y2yny_1 \ge y_2 \ge \cdots \ge y_n be 2n2n real numbers such that

0=x1+x2++xn=y1+y2++ynand 1=x12+x22++xn2=y12+y22++yn2.\begin{aligned} 0 &= x_1 + x_2 + \cdots + x_n = y_1 + y_2 + \cdots + y_n \\ \text{and }1 &= x_1^2+x_2^2+\cdots+x_n^2=y_1^2+y_2^2+\cdots+y_n^2. \end{aligned}

Prove that

$$

\sum_{i=1}^n(x_iy_i-x_iy_{n+1-i})\ge\frac{2}{\sqrt{n-1}}.

$$

n2n \ge 2 为整数。设 x1x2xnx_1 \ge x_2 \ge \cdots \ge x_ny1y2yny_1 \ge y_2 \ge \cdots \ge y_n2n2n 实数,使得

$$

\begin{对齐} 0 &= x_1 + x_2 + \cdots + x_n = y_1 + y_2 + \cdots + y_n \\ \text{和 }1 &= x_1^2+x_2^2+\cdots+x_n^2=y_1^2+y_2^2+\cdots+y_n^2。 \结束{对齐}

$$

证明

i=1n(xiyixiyn+1i)2n1\sum_{i=1}^n(x_iy_i-x_iy_{n+1-i})\ge\frac{2}{\sqrt{n-1}}。

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。2020 年 USAMO P6 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?