































































































Preview text:
Shortlisted Problems (with solutions)
58th International Mathematical Olympiad
Rio de Janeiro, 12–23 July 2017 150 a1, a2, . . . , an, k M 1 1 1 ` ` ¨ ¨ ¨ ` a “ k a1a2 . . . an “ M. 1 a2 an M ą 1
P pxq “ Mpx ` 1qk ´ px ` a1qpx ` a2q ¨ ¨ ¨ px ` anq q • a ´ b a b • qab a b • a2 ` b2 ´ c2 ´ d2 a, b, c, d q S A S S f A T “ fpSq S f f ˝ g ˝ f ‰ g ˝ f ˝ g g A g ‰ f fpT q “ T a1, a2, . . . an “ ´ maxpai ` ajq n ą 2017 i`j“n M |an| ď M n n ě 3 n px1, x2, . . . , xnq y1, y2, . . . , yn n´1
ÿ yiyi`1 “ y1y2 ` y2y3 ` y3y4 ` ¨ ¨ ¨ ` yn´1yn ě ´1. i“1 K “ Kpnq ÿ xixj ě K 1ďiăjďn n px1, x2, . . . , xnq f : R Ñ R
fpfpxqfpyqq ` fpx ` yq “ fpxyq x, y P R a0, a1, a2, . . . b0, b1, b2, . . . a0 “ 0, a1 “ 1 # bn´1 “ 1 a n “ 1, 2, . . . a nbn ` an´1, anbn ´ an´1, b n`1 “ n´1 ą 1 a2017 a2018 2017 f : R Ñ R x, y P R ` ˘` ˘ fpxq ` y “ fpyq ` x fpxq ` y fpyq ` x ą 0 fpxq ` y ď fpyq ` x x ą y R R n 3n n a b c X Y X Y 3n2{2 9 2j j 2j 2j`1 2n n n N ě 2 NpN ` 1q NpN ´ 1q 2N H0 R0 n n ě 1 Rn´1 Rn Rn´1Rn “ 1 R1n RnR1n ď 1 Hn´1 Hn Hn´1Hn “ 1 109 100 n ą 1 n ˆ n ˆ n n3 n ˆ n ˆ 1 n2 3n n X Y fXpkq k X
X ˚ Y “ X Y tfXpyq: y P Y u. A a ą 0 B b ą 0 A ˚ B “ B ˚ A
A ˚ pA ˚ ¨ ¨ ¨ ˚ pA ˚ pA ˚ Aqq . . .“ qB ˚ pB ˚ ¨ ¨ ¨ ˚ pB ˚ pB ˚ Bqq . . ..q looooooooAooooooo b oooomooooooooolo o o o oooooo B oon ooooo a oooomooooooooooooooooooon n c p2n ` 1q ˆ p2n ` 1q c c N N ABCDE AB “ BC “ CD =EAB “ =BCD =EDC “ =CBA E BC AC BD R S Ω t Ω R R1 R S I RS Ω Γ ISR1 t A Γ t R AI Ω J JR1 Γ O ABC OA ABC B C P Q H P QH ABC ABC ω A D E F ω BC CA AB AEF BC P Q M AD MP Q ω ABCC1B1A1 AB “ BC AA1 BB1 CC1 AC1 A1C D ω ABC ω A1BC1 E ‰ B BB1 DE ω n ě 3 n A B A B A B A ABCD I Ia Ib Ic Id DAB ABC BCD CDA AIbId CIbId X BIaIc DIaIc Y =XIY “ 900 a0, a1, a2, . . . ? #? an a n ě 0 a n, an ` 3, n`1 “ a0 ą 1 a an “ a n p ě 2 i t0, 1, . . . , p´1u ai t0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9u i P t0, 1, . . . , p ´ 1u p´1
M “ a0 ` 10 ¨ a1 ` ¨ ¨ ¨ ` 10p´1 ¨ ap´1 “ ÿ aj ¨ 10j. j“0 M p n ě 2 a1, a2, . . . , an n 1 ď i ď n
ai, ai ` ai`1, . . . , ai ` ai`1 ` ¨ ¨ ¨ ` ai`n´1 n ai “ ai´n i ą n m t m 10t ´ 1 10k ´ 1 c P t1, 2, 3, . . . , 2017u c ¨ m c ¨ m 1 ď k ă t Spmq m Spmq m “ 1, 2, . . . Spmq pp, qq p ą q pp ` qqp`qpp ´ qqp´q ´ 1 pp ` qqp´qpp ´ qqp`q ´ 1 n n n pa1, a2, . . . , anq 1 1 1 a ` ` ¨ ¨ ¨ ` 1 ` a2 ` ¨ ¨ ¨ ` an a1 a2 an px, yq x y S fpx, yq fpx, yq “ 1 px, yq S n fpx, yq “ a n n´1 n´2 n´1 0x ` a1x
y ` a2x y2 ` ¨ ¨ ¨ ` an´1xy ` anyn. p Zą0 f : Zą0 ˆ Zą0 Ñ t0, 1u • fp1, 1q “ 0 • fpa, bq ` fpb, aq “ 1 pa, bq 1 • fpa ` b, bq “ fpa, bq pa, bq p´1 ÿ a n“1 fpn2, pq ě 2p ´ 2. a1, a2, . . . , an, k M 1 1 1 ` ` ¨ ¨ ¨ ` a “ k a1a2 . . . an “ M. 1 a2 an M ą 1
P pxq “ Mpx ` 1qk ´ px ` a1qpx ` a2q ¨ ¨ ¨ px ` anq x ą 0 aipx ` 1q1{ai ď x ` ai, ai “ 1 ai “ 1 ai ą 1 x ` 1 ai ´ 1 1 ai´1 px ` 1q ` hk 1 k ` k 1 k`kk ¨ k ¨ i¨kk ` kk 1 kkkj ě ai a a i
px ` 1q ¨ 1ai´1 ùñ aipx ` 1q1{ai ď x ` ai. x ` 1 ą 1 ai ą 1 i “ 1, 2, . . . , n n n n ź aipx ` 1q1{ai ď ź řn i“1 1{ai ´
ź px ` aiq ď 0 ðñ P pxq ď 0 i“1 px ` aiq ðñ Mpx ` 1q i“1 i“1 ai “ 1 i P t1, 2, . . . , nu M “ 1 P pxq ă 0 x P R` P ai ě 1 ai ˆ ˙ ˆ ˙ ˆ ˙ ˆ ˙ ˆ ˙ x ai “ ÿ a x j a a x “ 1 ` x. 1 ` i ě i ` i ¨ ai ai j a 0 1 j“0 i ai x ˆ ˙ ě 1 ` a x ai i ¨ “ 1 ` x, 1 ` ai ai ˆ ˙ x x ` ai “ ai 1 ` ě a 1 ` x 1{ai, a ip q i 1{ai ď 1 1 p1 ` xq1{ai ď 1 ` x ` a ¨ x “ i ùñ a 1{a ip1 ` xq i ď x ` ai. a a i i P pxq P pxq ă 0 x ą 0 aj ě 1 j aj ą 1 j a1a2 . . . an “ M ą 1 k “ 1 ` 1 ` ¨ ¨ ¨ ` 1 a ă n xn P pxq ´1 ă 0 1 a2 an xr P pxq k ă r ď n “ degpP q 0 ď r ď k xr P pxq ˆ ˙ ˆ ˙ k ÿ k ÿ ai a ¨ ¨ ¨ ai , 1 i2 n´r M ¨ ´ 1ďi1ăi2㨨¨ăin´rďn a 1ďi1ăi2㨨¨ăin´rďn i a ¨ ¨ ¨ ai “ a ´ r 1 i2 n´r 1a2 ¨ ¨ ¨ an ¨ r 1 ˆ ˙ . k ÿ ď 1ďj aj a ¨ ¨ ¨ a 1ăj2㨨¨ăjr ďn 1 j2 jr r r r “ 0 1 P pxq P p0q “ 0 r “ 1 ř i“1 ai r ą 1 r ă k k “ n 1 ˆ ˙ ˆ ˙ , k k ´ r k k ´ r ÿ “ ¨ ď ¨ 1ďj aj a ¨ ¨ ¨ a 1ăj2㨨¨ăjrďn 1 j2 jr r ` 1 r ` 1 r r ` 1 k ´ r 1 1 ÿ ÿ , ¨ 1ďj aj a ¨ ¨ ¨ a a 1ăj2㨨¨ăjrďn ď 1ďj1㨨¨ăjrăjr`1ďn 1 j2 jr jr`1 r ` 1 aj a ¨ ¨ ¨ a 1 j2 jr 1 1 1 1 ˆ ` `¨¨¨` ˙ . 1a ÿ ÿ 1 a2 ´ r 1ďj aj a ¨¨¨a a 1ăj2㨨¨ăjrďn ďpr ` 1q 1ďj1㨨¨ăjrăjr`1ďn 1 j2 jr jr`1 an aj a ¨¨¨a 1 j2 jr 1 1 r ` 1 aj aj a ¨¨¨a i 1 j2 jr ajr`1 1 aj a ¨¨¨a r ` 1 1 j2 jr ajr`1 1 1 1 ˆ ` ` ¨ ¨ ¨ ` ˙ . 1a ÿ 1 a2 1ďj aj a ¨ ¨ ¨ a 1ăj2㨨¨ăjrďn 1 j2 jr an 1 1 1 r ` ` ¨ ¨ ¨ ` ´ a2 a ¨ ¨ ¨ a a 2 j a ¨ ¨ ¨ a j 2 1 j2 jr 1 j2 jr aj a ¨ ¨ ¨ a j aj a ¨ ¨ ¨ a 1 j2 r 1 j2 jr 1 1 1 “ ˆ ` ` ¨ ¨ ¨ ` ˙ 1 aj a 1 j2 ´ r , aj a ¨ ¨ ¨ a a 1 j2 jr jr ai ě 1 ùñ 1 ď 1 i “ 1, 2, . . . , n ai ai i “ 1, 2, . . . , n ai ě 1 M 1 P pxq ă 0 x ą ´1 x ‰ 0