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2022 USAMO 第 3 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 2022 P3 inequality

Let R>0\mathbb{R}_{>0} be the set of all positive real numbers. Find all functions f:R>0R>0f:\mathbb{R}_{>0} \to \mathbb{R}_{>0} such that for all x,yR>0x,y\in \mathbb{R}_{>0} we have

$$

f(x) = f(f(f(x)) + y) + f(xf(y)) f(x+y).

$$

R>0\mathbb{R}_{>0} 为所有正实数的集合。找到所有函数 f:R>0R>0f:\mathbb{R}_{>0} \to \mathbb{R}_{>0} 使得对于所有 x,yR>0x,y\in \mathbb{R}_{>0} 我们有

f(x)=f(f(f(x))+y)+f(xf(y))f(x+y)f(x) = f(f(f(x)) + y) + f(xf(y)) f(x+y)。

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。2022 年 USAMO P3 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?