IMO 1984 · Problem 1
Prove that \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\), where \(x\), \(y\) and \(z\) are non-negative real numbers for which \(x+y+z=1\).
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Solution
Write \(F=yz+zx+xy-2xyz\). Since \(0\le x,y,z\le1\), we have \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
For the upper bound, expanding and using \(x+y+z=1\) gives \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1. \]
If one of \(x,y,z\) is at least \(1/2\), say \(x\ge1/2\), then \(y,z\le1/2\). Consequently, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] so \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
Otherwise, \(1-2x\), \(1-2y\) and \(1-2z\) are all positive, and their sum is \(1\). By the arithmetic–geometric mean inequality, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] Thus \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] as required.
The upper bound is attained exactly when \(x=y=z=1/3\). For the lower bound, the initial decomposition shows that \(F=0\) forces \(zx=0\); substituting \(x=0\) or \(z=0\) then shows that equality occurs exactly at the permutations of \((1,0,0)\).
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1984 · Aufgabe 1
Man beweise, dass \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\) gilt, wobei \(x\), \(y\) und \(z\) nichtnegative reelle Zahlen mit \(x+y+z=1\) sind.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Lösung
Wir setzen \(F=yz+zx+xy-2xyz\). Wegen \(0\le x,y,z\le1\) gilt \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
Für die obere Schranke ergibt Ausmultiplizieren unter Verwendung von \(x+y+z=1\) \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1. \]
Ist eine der Zahlen \(x,y,z\) mindestens \(1/2\), etwa \(x\ge1/2\), so gilt \(y,z\le1/2\). Folglich ist \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] also \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
Andernfalls sind \(1-2x\), \(1-2y\) und \(1-2z\) alle positiv, und ihre Summe ist \(1\). Nach der Ungleichung zwischen dem arithmetischen und dem geometrischen Mittel gilt \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] Somit ist \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] wie behauptet.
Die obere Schranke wird genau dann erreicht, wenn \(x=y=z=1/3\) gilt. Für die untere Schranke zeigt die anfängliche Zerlegung, dass aus \(F=0\) zwingend \(zx=0\) folgt; Einsetzen von \(x=0\) oder \(z=0\) zeigt dann, dass Gleichheit genau bei den Permutationen von \((1,0,0)\) eintritt.
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1984 · Soru 1
\(x+y+z=1\) koşulunu sağlayan negatif olmayan \(x\), \(y\) ve \(z\) gerçel sayıları için \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\) olduğunu kanıtlayınız.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Çözüm
\(F=yz+zx+xy-2xyz\) yazalım. \(0\le x,y,z\le1\) olduğundan \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
Üst sınır için, çarpımı açıp \(x+y+z=1\) eşitliğini kullanarak \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1 \] elde ederiz.
\(x,y,z\) sayılarından biri en az \(1/2\) ise, örneğin \(x\ge1/2\) ise, \(y,z\le1/2\) olur. Dolayısıyla \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] buradan da \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
Aksi hâlde \(1-2x\), \(1-2y\) ve \(1-2z\) sayılarının hepsi pozitiftir ve toplamları \(1\)'dir. Aritmetik ortalama–geometrik ortalama eşitsizliğine göre \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] Böylece \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] istendiği gibi.
Üst sınıra ancak ve ancak \(x=y=z=1/3\) olduğunda ulaşılır. Alt sınır için, başlangıçtaki ayrıştırma \(F=0\) eşitliğinin \(zx=0\) olmasını gerektirdiğini gösterir; ardından \(x=0\) veya \(z=0\) yerine konulduğunda eşitliğin ancak ve ancak \((1,0,0)\) üçlüsünün permütasyonlarında sağlandığı görülür.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1984 · Problema 1
Demostrar que \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\), donde \(x\), \(y\) y \(z\) son números reales no negativos tales que \(x+y+z=1\).
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Solución
Escribamos \(F=yz+zx+xy-2xyz\). Como \(0\le x,y,z\le1\), tenemos \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
Para la cota superior, al desarrollar y utilizar \(x+y+z=1\), obtenemos \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1. \]
Si alguno de \(x,y,z\) es al menos \(1/2\), digamos \(x\ge1/2\), entonces \(y,z\le1/2\). Por consiguiente, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] por lo que \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
En caso contrario, \(1-2x\), \(1-2y\) y \(1-2z\) son todos positivos y su suma es \(1\). Por la desigualdad entre las medias aritmética y geométrica, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] Así, \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] como se quería demostrar.
La cota superior se alcanza exactamente cuando \(x=y=z=1/3\). Para la cota inferior, la descomposición inicial muestra que \(F=0\) obliga a que \(zx=0\); al sustituir \(x=0\) o \(z=0\), se comprueba entonces que la igualdad se da exactamente en las permutaciones de \((1,0,0)\).
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1984 · 问题 1
设 \(x\)、\(y\) 和 \(z\) 是满足 \(x+y+z=1\) 的非负实数,证明 \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\)。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
解答
记 \(F=yz+zx+xy-2xyz\)。由于 \(0\le x,y,z\le1\),有 \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
对于上界,展开并利用 \(x+y+z=1\),得 \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1. \]
若 \(x,y,z\) 中有一个不小于 \(1/2\),不妨设 \(x\ge1/2\),则 \(y,z\le1/2\)。因此, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] 从而 \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
否则,\(1-2x\)、\(1-2y\) 和 \(1-2z\) 均为正数,且它们的和为 \(1\)。由算术—几何平均不等式, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] 于是 \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] 即得所证。
上界取等号当且仅当 \(x=y=z=1/3\)。对于下界,由最初的分解可知,\(F=0\) 必有 \(zx=0\);再代入 \(x=0\) 或 \(z=0\),可知等号成立当且仅当这三个数是 \((1,0,0)\) 的一个排列。
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1984 · Задача 1
Докажите, что \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\), где \(x\), \(y\) и \(z\) — неотрицательные действительные числа, для которых \(x+y+z=1\).
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Решение
Обозначим \(F=yz+zx+xy-2xyz\). Поскольку \(0\le x,y,z\le1\), имеем \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
Для получения верхней оценки раскроем скобки и воспользуемся равенством \(x+y+z=1\): \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1. \]
Если одно из чисел \(x,y,z\) не меньше \(1/2\), например \(x\ge1/2\), то \(y,z\le1/2\). Следовательно, \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] так что \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
В противном случае числа \(1-2x\), \(1-2y\) и \(1-2z\) положительны, а их сумма равна \(1\). По неравенству между средним арифметическим и средним геометрическим \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] Таким образом, \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] что и требовалось доказать.
Верхняя граница достигается тогда и только тогда, когда \(x=y=z=1/3\). Что касается нижней границы, из первоначального разложения видно, что из \(F=0\) следует \(zx=0\); подставляя затем \(x=0\) или \(z=0\), получаем, что равенство достигается только на перестановках тройки \((1,0,0)\).
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1984 · المسألة 1
أثبت أن \(0 \le yz + zx + xy - 2xyz \le 7/27\)، حيث \(x\) و\(y\) و\(z\) أعداد حقيقية غير سالبة تحقق \(x+y+z=1\).
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الحل
لنكتب \(F=yz+zx+xy-2xyz\). بما أن \(0\le x,y,z\le1\)، فإن \[ F=xy(1-z)+yz(1-x)+zx\ge0. \]
لإثبات الحد الأعلى، نحصل بالنشر واستخدام \(x+y+z=1\) على \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) =1-2(x+y+z)+4(xy+yz+zx)-8xyz =4F-1. \]
إذا كان أحد الأعداد \(x,y,z\) لا يقل عن \(1/2\)، وليكن \(x\ge1/2\)، فإن \(y,z\le1/2\). وبالتالي، \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z)\le0, \] ومن ثم \[ F\le\frac14<\frac7{27}. \]
وإلا فإن \(1-2x\) و\(1-2y\) و\(1-2z\) جميعها موجبة، ومجموعها \(1\). وبمتباينة الوسط الحسابي والوسط الهندسي، \[ (1-2x)(1-2y)(1-2z) \le\left(\frac{(1-2x)+(1-2y)+(1-2z)}3\right)^3 =\frac1{27}. \] إذن \[ F\le\frac{1+1/27}{4}=\frac7{27}, \] وهو المطلوب.
تتحقق المساواة في الحد الأعلى إذا وفقط إذا كان \(x=y=z=1/3\). أما بالنسبة إلى الحد الأدنى، فإن التحليل الأول يبين أن \(F=0\) يستلزم \(zx=0\)؛ وبالتعويض بـ\(x=0\) أو \(z=0\)، يتبين أن المساواة تتحقق بالضبط عند تبديلات \((1,0,0)\).
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).