T1

$n\in\Z^+,a_i\in\R:a_1\le a_2\le\cdots\le a_n,a_1+2a_2+\cdots+na_n=0$;Pr: xR:i=1nai[ix]0\forall x\in\R:\sum\limits_{i=1}^na_i[ix]\ge 0

思路

实数列有序关系可以增量,由于是线性的,增量后等价于每个增量的系数都 0\ge 0

答案(a3)

d1:=a1;di=aiai10(i=2,3,,n)d_1:=a_1; d_i=a_i-a_{i-1}\ge 0(i=2,3,\cdots,n)

条件等价于:i=1n(j=inj)di=0\sum\limits_{i=1}^n(\sum\limits_{j=i}^nj)d_i=0,即 $(\sum\limits_{j=1}^nj)d_1=-\sum\limits_{i=2}^n(\sum\limits_{j=i}^nj)d_i$。

结论等价于:$\sum\limits_{i=1}^n(\sum\limits_{j=i}^n[jx])d_i\ge0$,即 $\sum\limits_{i=2}^n(\sum\limits_{j=i}^n[jx]-\dfrac{\sum\limits_{j=i}^nj}{\sum\limits_{j=1}^nj}\sum\limits_{j=1}^n[jx])d_i\ge0$,也即 $\forall 2\le i\le n:\sum\limits_{j=i}^n[jx]-\dfrac{\sum\limits_{j=i}^nj}{\sum\limits_{j=1}^nj}\sum\limits_{j=1}^n[jx]\ge 0$,$\forall 2\le i\le n:\dfrac{\sum\limits_{j=1}^{i-1}[jx]}{\sum\limits_{j=1}^{i-1}j}\le\dfrac{\sum\limits_{j=1}^n[jx]}{\sum\limits_{j=1}^nj}$。

只需证 $\dfrac{\sum\limits_{j=1}^{n-1}[jx]}{\sum\limits_{j=1}^{n-1}j}\le\dfrac{\sum\limits_{j=1}^n[jx]}{\sum\limits_{j=1}^nj}$,即 $\dfrac{2\sum\limits_{j=1}^{n-1}[jx]}{n(n-1)}\le\dfrac{2\sum\limits_{j=1}^n[jx]}{n(n+1)}$,2j=1n1[jx](n1)[nx]2\sum\limits_{j=1}^{n-1}[jx]\le(n-1)[nx],而由 [jx]+[(nj)x][nx][jx]+[(n-j)x]\le[nx] 知这是显然的。

T2

锐角三角形 ABCABC 中,AA1,CC1AA_1,CC_1 为其角平分线,II 为内心,M,NM,N 分别是 AI,CIAI,CI 中点。三角形 AC1IAC_1I 中有一点 KK 满足 AKI=AIC,AKM=ACI\angle AKI=\angle AIC,\angle AKM=\angle ACI;三角形 A1CIA_1CI 中有一点 LL 满足 CLI=AIC,CLN=CAI\angle CLI=\angle AIC,\angle CLN=\angle CAI。Pr: RABC=RKILR_{\triangle ABC}=R_{\triangle KIL}

思路

PP 为弧 BCBC 中点,QQ 为弧 ABAB 中点,注意到 Q,K,I,L,PQ,K,I,L,P 共圆。

答案(a3)

PP 为弧 BCBC 中点,QQ 为弧 ABAB 中点,RRA1CA_1C 中点。熟知 PB=PI=PC,QB=QI=QAPB=PI=PC,QB=QI=QA,所以 BPQIPQ(SSS)\triangle BPQ\cong\triangle IPQ(SSS)

延长 KMKMKK' 使得 KM=MKKM=MK',则四边形 AKIKAKIK' 是平行四边形。

因为 $\angle AKK'=\angle AKM=\angle ACI=\angle A_1CI=\angle APQ$,$\angle KAK'=\pi-\angle AKI=\pi-\angle AIC=\angle A_1IC\angle AIQ=\angle PAQ$

所以 AKKCIA1APQ\triangle AKK'\sim\triangle CIA_1\sim\triangle APQM,RM,R 为对应点。

因为 AIK=IAK=MAK=RIA1\angle AIK=\angle IAK'=\angle MAK'=\angle RIA_1,所以 K,I,RK,I,R 共线,KAI=KAM=RIC=KIU\angle KAI=\angle KAM=\angle RIC=\angle KIU

因为 $\dfrac{AP}{IQ}=\dfrac{AP}{AQ}=\dfrac{AK}{AK'}=\dfrac{AK}{KI}$,所以 KAPKIQ\triangle KAP\sim\triangle KIQ,所以 KPA=KQI\angle KPA=\angle KQIQ,K,I,PQ,K,I,P 四点共圆。

同理 Q,I,L,PQ,I,L,P 四点共圆,所以 $R_{\triangle ABC}=R_{\triangle BPQ}=R_{\triangle IPQ}=R_{\triangle KIL}$。

T3

证明:存在 [n]2[n]^2 中的 nn 个点,使得这些点无三点共线(提示:先对 nn 是素数证明)

思路

构造 ppp<n<2pp<n<2p 的情况,运用 Bertrand 假设。

答案(a3)

n=1,2,3n=1,2,3 平凡,下设 n4n\ge 4

由 Bertrand 假设,存在一个(奇)素数 pp,使得 pn<2pp\le n<2p

pnp\ne n,先构造点 Pi=(i,i1modp)(i=1,2,...,p1,p+1,...,n)P_i=(i,-i^{-1} \bmod p)(i=1,2,...,p-1,p+1,...,n)i1i^-1ii 在模 pp 意义下的乘法逆元,则这之中的任意三点不共线(否则设 Pi,Pj,PkP_i,P_j,P_k 共线,则 $\begin{vmatrix}1&i&-i^{-1}\\1&j&-j^{-1}\\1&k&-k^{-1}\end{vmatrix}=0$,$-\begin{vmatrix}1&i&i^{-1}\\1&j&j^{-1}\\1&k&k^{-1}\end{vmatrix}\equiv0\pmod p$,x(ij)(jk)(ki)ijk0(modp)\dfrac{x(i-j)(j-k)(k-i)}{ijk}\equiv0\pmod p,不妨设 j=i+pj=i+p,则 i1=j1=k1i^{-1}=j^{-1}=k^{-1},而这是矛盾的);再构造点 Pp=(p1,p+1)P_p=(p-1,p+1),则 p+1(p1)1(modp)p+1\equiv -(p-1)^{-1}\pmod p,由同样的证明知 PpP_p 不与 Pi,PjP_i,P_j 共线;

p=np=n,(我们采用一种不同于论文中的做法),构造点 Pi=(i,i2modp)(i=1,2,...,p)P_i=(i,i^2 \bmod p)(i=1,2,...,p),则这之中的任意三点不共线(否则设 Pi,Pj,PkP_i,P_j,P_k 共线,则 $\begin{vmatrix}1&i&i^2\\1&j&j^2\\1&k&k^2\end{vmatrix}\equiv0\pmod p$,(ij)(jk)(ki)0(modp)(i-j)(j-k)(k-i)\equiv0\pmod p,矛盾)。

T4

对排列 σS2n\sigma\in S_{2n}(下标循环),求 $f(\sigma)=\sum\limits_{i=1}^{2n}[2\nmid\sigma_i]([2\nmid\sigma_{i+1}]+[2\nmid\sigma_{i+2}]+[2\nmid\sigma_{i+3}][2\mid\sigma_{i+1}\lor 2\mid\sigma_{i+2}])$ 的最小值。