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: ∀x∈R:i=1∑nai[ix]≥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。
答案(a3)
设 d1:=a1;di=ai−ai−1≥0(i=2,3,⋯,n)。
条件等价于:i=1∑n(j=i∑nj)di=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=1∑n−1[jx]≤(n−1)[nx],而由 [jx]+[(n−j)x]≤[nx] 知这是显然的。
T2
锐角三角形 ABC 中,AA1,CC1 为其角平分线,I 为内心,M,N 分别是 AI,CI 中点。三角形 AC1I 中有一点 K 满足 ∠AKI=∠AIC,∠AKM=∠ACI;三角形 A1CI 中有一点 L 满足 ∠CLI=∠AIC,∠CLN=∠CAI。Pr: R△ABC=R△KIL。
思路
设 P 为弧 BC 中点,Q 为弧 AB 中点,注意到 Q,K,I,L,P 共圆。
答案(a3)
设 P 为弧 BC 中点,Q 为弧 AB 中点,R 为 A1C 中点。熟知 PB=PI=PC,QB=QI=QA,所以 △BPQ≅△IPQ(SSS)。
延长 KM 至 K′ 使得 KM=MK′,则四边形 AKIK′ 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 △AKK′∼△CIA1∼△APQ,M,R 为对应点。
因为 ∠AIK=∠IAK′=∠MAK′=∠RIA1,所以 K,I,R 共线,∠KAI=∠KAM=∠RIC=∠KIU。
因为 $\dfrac{AP}{IQ}=\dfrac{AP}{AQ}=\dfrac{AK}{AK'}=\dfrac{AK}{KI}$,所以 △KAP∼△KIQ,所以 ∠KPA=∠KQI,Q,K,I,P 四点共圆。
同理 Q,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 中的 n 个点,使得这些点无三点共线(提示:先对 n 是素数证明)
思路
构造 p 和 p<n<2p 的情况,运用 Bertrand 假设。
答案(a3)
n=1,2,3 平凡,下设 n≥4。
由 Bertrand 假设,存在一个(奇)素数 p,使得 p≤n<2p。
若 p=n,先构造点 Pi=(i,−i−1modp)(i=1,2,...,p−1,p+1,...,n),i−1 为 i 在模 p 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,Pk 共线,则 $\begin{vmatrix}1&i&-i^{-1}\\1&j&-j^{-1}\\1&k&-k^{-1}\end{vmatrix}=0$,$-\begin{vmatrix}1&i&i^{-1}\\1&j&j^{-1}\\1&k&k^{-1}\end{vmatrix}\equiv0\pmod p$,ijkx(i−j)(j−k)(k−i)≡0(modp),不妨设 j=i+p,则 i−1=j−1=k−1,而这是矛盾的);再构造点 Pp=(p−1,p+1),则 p+1≡−(p−1)−1(modp),由同样的证明知 Pp 不与 Pi,Pj 共线;
若 p=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),则这之中的任意三点不共线(否则设 Pi,Pj,Pk 共线,则 $\begin{vmatrix}1&i&i^2\\1&j&j^2\\1&k&k^2\end{vmatrix}\equiv0\pmod p$,(i−j)(j−k)(k−i)≡0(modp),矛盾)。
T4
对排列 σ∈S2n(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。