IMO 1985 · Problem 3
For any polynomial \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\) with integer coefficients, the number of coefficients which are odd is denoted by \(w(P)\). For \(i=0,1,\ldots\), let \(Q_i(x)=(1+x)^i\). Prove that if \(i_1,i_2,\ldots,i_n\) are integers such that \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\), then \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}). \]
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Solution
Reduce all coefficients modulo \(2\). We may therefore work in \(\mathbb F_2[x]\), where \(w(F)\) counts the nonzero coefficients of \(F\). This does not change any weight in the desired inequality.
For any two polynomials \(F,G\), \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] because every nonzero coefficient of \(F+G\) comes from a nonzero coefficient of at least one summand.
Since \((1+x)^2=1+x^2\) in \(\mathbb F_2[x]\), we have \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2). \] The even and odd powers in the second expression have disjoint supports, so \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
We prove the assertion by strong induction on the smallest index \(m=i_1\), allowing any finite nonempty list of distinct indices with that minimum.
If \(m=0\), the sum is nonzero: its highest-degree term comes only from \(Q_{i_n}\) and has coefficient \(1\). Thus its weight is at least \(1=w(Q_0)\).
Now let \(m>0\), and assume the assertion for every smaller minimum. Put \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ even}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ odd}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] with an empty sum understood as zero. Writing \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\), we obtain \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2). \] The two terms on the right contain only even and odd powers, respectively. Hence \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
If \(m=2r\), then \(A\) is a sum of distinct \(Q_j\)'s with smallest index \(r<m\). The induction hypothesis gives \(w(A)\ge w(Q_r)\). Since \(A=(A+B)+B\), equations (1) and (2) yield \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m). \]
If \(m=2r+1\), then \(B\) contains \(Q_r\), and every other summand of \(A\) or \(B\) has index greater than \(r\). After cancelling repeated summands modulo \(2\), both \(B\) and \(A+B\) are therefore sums of distinct \(Q_j\)'s with smallest index \(r<m\). Applying the induction hypothesis to each gives \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r). \] Consequently, by (1) and (2), \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
Both cases establish the induction and prove the required inequality. \(\square\)
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1985 · Aufgabe 3
Für jedes Polynom \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\) mit ganzzahligen Koeffizienten bezeichne \(w(P)\) die Anzahl seiner ungeraden Koeffizienten. Für \(i=0,1,\ldots\) sei \(Q_i(x)=(1+x)^i\). Beweise, dass für ganze Zahlen \(i_1,i_2,\ldots,i_n\) mit \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\) gilt: \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}). \]
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Lösung
Wir reduzieren alle Koeffizienten modulo \(2\). Wir können daher in \(\mathbb F_2[x]\) arbeiten, wobei \(w(F)\) die von null verschiedenen Koeffizienten von \(F\) zählt. Dadurch ändert sich keines der Gewichte in der zu beweisenden Ungleichung.
Für je zwei Polynome \(F,G\) gilt \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] denn jeder von null verschiedene Koeffizient von \(F+G\) stammt von einem von null verschiedenen Koeffizienten mindestens eines der Summanden.
Da in \(\mathbb F_2[x]\) die Gleichung \((1+x)^2=1+x^2\) gilt, haben wir \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2). \] Die geraden und ungeraden Potenzen im zweiten Ausdruck haben disjunkte Träger, also gilt \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
Wir beweisen die Behauptung durch starke Induktion über den kleinsten Index \(m=i_1\), wobei wir jede endliche, nichtleere Liste verschiedener Indizes mit diesem Minimum zulassen.
Ist \(m=0\), so ist die Summe nicht null: Ihr Term höchsten Grades stammt nur von \(Q_{i_n}\) und hat den Koeffizienten \(1\). Ihr Gewicht ist daher mindestens \(1=w(Q_0)\).
Sei nun \(m>0\), und die Behauptung gelte für jedes kleinere Minimum. Wir setzen \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ gerade}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ ungerade}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] wobei eine leere Summe als null aufgefasst wird. Mit \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\) erhalten wir \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2). \] Die beiden Terme auf der rechten Seite enthalten nur gerade beziehungsweise nur ungerade Potenzen. Somit gilt \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
Ist \(m=2r\), so ist \(A\) eine Summe verschiedener \(Q_j\) mit kleinstem Index \(r<m\). Nach der Induktionsvoraussetzung gilt \(w(A)\ge w(Q_r)\). Wegen \(A=(A+B)+B\) liefern die Gleichungen (1) und (2) \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m). \]
Ist \(m=2r+1\), so enthält \(B\) den Summanden \(Q_r\), und jeder andere Summand von \(A\) oder \(B\) hat einen Index größer als \(r\). Nach dem Wegheben mehrfach auftretender Summanden modulo \(2\) sind daher sowohl \(B\) als auch \(A+B\) Summen verschiedener \(Q_j\) mit kleinstem Index \(r<m\). Die Anwendung der Induktionsvoraussetzung auf beide ergibt \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r). \] Folglich gilt nach (1) und (2) \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
Die beiden Fälle schließen die Induktion ab und beweisen die geforderte Ungleichung. \(\square\)
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1985 · Soru 3
Tam sayı katsayılı herhangi bir \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\) polinomu için, tek olan katsayıların sayısı \(w(P)\) ile gösterilsin. \(i=0,1,\ldots\) için \(Q_i(x)=(1+x)^i\) olsun. \(i_1,i_2,\ldots,i_n\), \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\) koşulunu sağlayan tam sayılar ise, \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}) \] olduğunu kanıtlayınız.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Çözüm
Bütün katsayıları (2) modülünde indirgeyelim. Böylece \(\mathbb F_2[x]\) içinde çalışabiliriz; burada \(w(F)\), \(F\)'nin sıfırdan farklı katsayılarını sayar. Bu işlem, istenen eşitsizlikteki ağırlıkların hiçbirini değiştirmez.
Herhangi iki \(F,G\) polinomu için, \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] çünkü \(F+G\)'nin sıfırdan farklı her katsayısı, toplananlardan en az birinin sıfırdan farklı bir katsayısından gelir.
\(\mathbb F_2[x]\) içinde \((1+x)^2=1+x^2\) olduğundan, \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2) \] elde edilir. İkinci ifadedeki çift ve tek kuvvetli terimlerin destekleri ayrık olduğundan, \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
İddiayı, en küçük indis \(m=i_1\) üzerinden güçlü tümevarımla kanıtlayacağız; en küçük elemanı bu olan, birbirinden farklı indislerden oluşan her sonlu ve boş olmayan listeye izin veriyoruz.
Eğer \(m=0\) ise, toplam sıfırdan farklıdır: en yüksek dereceli terimi yalnızca \(Q_{i_n}\)'den gelir ve katsayısı (1)'dir. Dolayısıyla ağırlığı en az \(1=w(Q_0)\) olur.
Şimdi \(m>0\) olsun ve iddianın daha küçük her en küçük indis için doğru olduğunu varsayalım. Boş toplamı sıfır kabul ederek, \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ çift}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ tek}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] olarak tanımlayalım. \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\) yazarak \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2) \] elde ederiz. Sağdaki iki terim, sırasıyla yalnızca çift ve tek kuvvetleri içerir. Bu nedenle, \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
Eğer \(m=2r\) ise, \(A\), en küçük indisi \(r<m\) olan farklı \(Q_j\)'lerin toplamıdır. Tümevarım varsayımından \(w(A)\ge w(Q_r)\) elde edilir. \(A=(A+B)+B\) olduğundan, (1) ve (2) eşitlikleri \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m) \] sonucunu verir.
Eğer \(m=2r+1\) ise, \(B\), \(Q_r\)'yi içerir ve \(A\) veya \(B\)'deki diğer bütün toplananların indisleri \(r\)'den büyüktür. Tekrarlanan toplananlar (2) modülünde birbirini götürdükten sonra, hem \(B\) hem de \(A+B\), en küçük indisi \(r<m\) olan farklı \(Q_j\)'lerin toplamı olur. Tümevarım varsayımını her birine uygulayarak \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r) \] elde ederiz. Dolayısıyla, (1) ve (2)'ye göre, \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
Her iki durum da tümevarımı tamamlar ve istenen eşitsizliği kanıtlar. \(\square\)
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1985 · Problema 3
Para cualquier polinomio \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\) con coeficientes enteros, se denota por \(w(P)\) el número de sus coeficientes que son impares. Para \(i=0,1,\ldots\), sea \(Q_i(x)=(1+x)^i\). Demostrar que, si \(i_1,i_2,\ldots,i_n\) son enteros tales que \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\), entonces \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}). \]
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Solución
Reducimos todos los coeficientes módulo \(2\). Podemos, por tanto, trabajar en \(\mathbb F_2[x]\), donde \(w(F)\) cuenta los coeficientes no nulos de \(F\). Esto no cambia ninguno de los pesos que aparecen en la desigualdad que queremos demostrar.
Para cualesquiera dos polinomios \(F,G\), \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] porque todo coeficiente no nulo de \(F+G\) procede de un coeficiente no nulo de al menos uno de los sumandos.
Como \((1+x)^2=1+x^2\) en \(\mathbb F_2[x]\), tenemos \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2). \] Las potencias pares e impares de la segunda expresión tienen soportes disjuntos, de modo que \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
Demostramos la afirmación por inducción fuerte sobre el menor índice \(m=i_1\), permitiendo cualquier lista finita no vacía de índices distintos cuyo mínimo sea ese.
Si \(m=0\), la suma no es nula: su término de mayor grado procede únicamente de \(Q_{i_n}\) y tiene coeficiente \(1\). Por tanto, su peso es al menos \(1=w(Q_0)\).
Sea ahora \(m>0\), y supongamos que la afirmación se cumple para todo mínimo menor. Definimos \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ par}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ impar}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] entendiendo que una suma vacía es cero. Escribiendo \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\), obtenemos \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2). \] Los dos términos de la derecha contienen únicamente potencias pares e impares, respectivamente. Por tanto, \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
Si \(m=2r\), entonces \(A\) es una suma de polinomios \(Q_j\) distintos cuyo menor índice es \(r<m\). La hipótesis de inducción da \(w(A)\ge w(Q_r)\). Como \(A=(A+B)+B\), las ecuaciones (1) y (2) dan \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m). \]
Si \(m=2r+1\), entonces \(B\) contiene \(Q_r\), y todos los demás sumandos de \(A\) o de \(B\) tienen índice mayor que \(r\). Tras cancelar los sumandos repetidos módulo \(2\), tanto \(B\) como \(A+B\) son, por tanto, sumas de polinomios \(Q_j\) distintos cuyo menor índice es \(r<m\). Al aplicar la hipótesis de inducción a cada una, obtenemos \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r). \] En consecuencia, por (1) y (2), \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
Ambos casos completan la inducción y demuestran la desigualdad requerida. \(\square\)
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1985 · 问题 3
对于任意整系数多项式 \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\),用 \(w(P)\) 表示其中奇数系数的个数。对 \(i=0,1,\ldots\),设 \(Q_i(x)=(1+x)^i\)。证明:若整数 \(i_1,i_2,\ldots,i_n\) 满足 \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\),则 \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}). \]
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
解答
将所有系数模 \(2\) 化简。因此,我们可以在 \(\mathbb F_2[x]\) 中讨论,此时 \(w(F)\) 表示 \(F\) 的非零系数的个数。这不会改变待证不等式中的任何权重。
对于任意两个多项式 \(F,G\),有 \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] 因为 \(F+G\) 的每个非零系数都来自至少一个加数中的非零系数。
由于在 \(\mathbb F_2[x]\) 中有 \((1+x)^2=1+x^2\),因此 \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2). \] 第二个表达式中的偶次幂项与奇次幂项的次数互不重合,所以 \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
对最小下标 \(m=i_1\) 使用强归纳法证明结论,允许下标取任意以该数为最小值的有限非空互异下标序列。
若 \(m=0\),则该和不为零:其最高次项仅来自 \(Q_{i_n}\),且系数为 \(1\)。因此,其权重至少为 \(1=w(Q_0)\)。
现设 \(m>0\),并假设结论对每个更小的最小下标都成立。令 \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ 为偶数}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ 为奇数}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] 其中空和视为零。记 \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\),得到 \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2). \] 右侧两项分别只含偶次幂和奇次幂。因此 \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
若 \(m=2r\),则 \(A\) 是若干互不相同的 \(Q_j\) 之和,且最小下标为 \(r<m\)。由归纳假设可得 \(w(A)\ge w(Q_r)\)。由于 \(A=(A+B)+B\),由等式 (1) 和 (2) 可得 \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m). \]
若 \(m=2r+1\),则 \(B\) 含有 \(Q_r\),而 \(A\) 或 \(B\) 中其余每个加数的下标都大于 \(r\)。在模 \(2\) 的意义下消去重复的加数后,\(B\) 和 \(A+B\) 因而都是若干互不相同的 \(Q_j\) 之和,且最小下标均为 \(r<m\)。分别对它们应用归纳假设,得到 \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r). \] 因此,由 (1) 和 (2), \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
以上两种情形完成了归纳,证明了所求不等式。\(\square\)
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1985 · Задача 3
Для любого многочлена \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\) с целыми коэффициентами обозначим через \(w(P)\) число его нечётных коэффициентов. Для \(i=0,1,\ldots\) положим \(Q_i(x)=(1+x)^i\). Докажите, что если \(i_1,i_2,\ldots,i_n\) — целые числа, удовлетворяющие условию \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\), то \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}). \]
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Решение
Приведём все коэффициенты по модулю \(2\). Таким образом, можно работать в \(\mathbb F_2[x]\), где \(w(F)\) обозначает число ненулевых коэффициентов многочлена \(F\). При этом ни один из весов в требуемом неравенстве не изменяется.
Для любых двух многочленов \(F,G\) \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] поскольку каждому ненулевому коэффициенту \(F+G\) соответствует ненулевой коэффициент хотя бы одного из слагаемых.
Поскольку в \(\mathbb F_2[x]\) выполняется \((1+x)^2=1+x^2\), имеем \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2). \] Во втором выражении члены с чётными и нечётными степенями не могут иметь одинаковую степень, поэтому \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
Докажем утверждение методом сильной индукции по наименьшему индексу \(m=i_1\), рассматривая любой конечный непустой набор различных индексов с этим минимумом.
Если \(m=0\), сумма не равна нулю: её член наибольшей степени появляется только в \(Q_{i_n}\) и имеет коэффициент \(1\). Поэтому её вес не меньше \(1=w(Q_0)\).
Пусть теперь \(m>0\), и предположим, что утверждение верно для каждого меньшего минимума. Положим \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ чётно}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ нечётно}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] где пустая сумма считается равной нулю. Обозначая \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\), получаем \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2). \] Два слагаемых справа содержат только чётные и только нечётные степени соответственно. Следовательно, \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
Если \(m=2r\), то \(A\) — сумма различных \(Q_j\) с наименьшим индексом \(r<m\). По предположению индукции \(w(A)\ge w(Q_r)\). Поскольку \(A=(A+B)+B\), из равенств (1) и (2) следует \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m). \]
Если \(m=2r+1\), то \(B\) содержит \(Q_r\), а каждое другое слагаемое в \(A\) или \(B\) имеет индекс больше \(r\). Поэтому после сокращения повторяющихся слагаемых по модулю \(2\) и \(B\), и \(A+B\) являются суммами различных \(Q_j\) с наименьшим индексом \(r<m\). Применяя предположение индукции к каждой из этих сумм, получаем \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r). \] Следовательно, в силу (1) и (2), \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
В обоих случаях индукционный переход выполнен, и требуемое неравенство доказано. \(\square\)
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1985 · المسألة 3
لكل كثيرة حدود \(P(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_kx^k\) ذات معاملات صحيحة، نرمز إلى عدد معاملاتها الفردية بالرمز \(w(P)\). ولكل \(i=0,1,\ldots\)، لتكن \(Q_i(x)=(1+x)^i\). أثبت أنه إذا كانت \(i_1,i_2,\ldots,i_n\) أعدادًا صحيحة تحقق \(0\le i_1<i_2<\cdots<i_n\)، فإن \[ w(Q_{i_1}+Q_{i_2}+\cdots+Q_{i_n})\ge w(Q_{i_1}). \]
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الحل
نختزل جميع المعاملات بترديد \(2\). ويمكننا بذلك العمل في \(\mathbb F_2[x]\)، حيث يحصي \(w(F)\) معاملات \(F\) غير الصفرية. وهذا لا يغير أي وزن في المتباينة المطلوبة.
لكل كثيرتي حدود \(F,G\)، \[ w(F+G)\le w(F)+w(G), \] لأن كل معامل غير صفري في \(F+G\) يأتي من معامل غير صفري في واحدة على الأقل من كثيرتي الحدود المجموعتين.
بما أن \((1+x)^2=1+x^2\) في \(\mathbb F_2[x]\)، فإن لدينا \[ Q_{2r}(x)=Q_r(x^2),\qquad Q_{2r+1}(x)=(1+x)Q_r(x^2). \] القوى الزوجية والفردية في التعبير الثاني لها مجموعتا دعم متباينتان، لذا \[ w(Q_{2r})=w(Q_r),\qquad w(Q_{2r+1})=2w(Q_r). \tag{1} \]
نثبت الدعوى بالاستقراء القوي على أصغر دليل \(m=i_1\)، مع السماح بأي قائمة منتهية غير خالية من الأدلة المختلفة التي لها هذا الحد الأدنى.
إذا كان \(m=0\)، فإن المجموع غير صفري: إذ إن حده ذا الدرجة العليا يأتي من \(Q_{i_n}\) وحدها ومعامله \(1\). ومن ثم فإن وزنه لا يقل عن \(1=w(Q_0)\).
لنفرض الآن أن \(m>0\)، وأن الدعوى صحيحة لكل حد أدنى أصغر منه. نضع \[ A(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ زوجي}}}Q_{i_j/2}(x), \qquad B(x)=\sum_{\substack{1\le j\le n\\ i_j\text{ فردي}}}Q_{(i_j-1)/2}(x), \] حيث يُعد المجموع الخالي صفرًا. وبكتابة \(S=\sum_{j=1}^nQ_{i_j}\)، نحصل على \[ S(x)=A(x^2)+(1+x)B(x^2) =(A+B)(x^2)+xB(x^2). \] يحتوي الحدان في الطرف الأيمن على قوى زوجية فقط وقوى فردية فقط، على الترتيب. ومن ثم \[ w(S)=w(A+B)+w(B). \tag{2} \]
إذا كان \(m=2r\)، فإن \(A\) مجموع كثيرات حدود مختلفة من الشكل \(Q_j\)، وأصغر أدلتها هو \(r<m\). وتعطي فرضية الاستقراء \(w(A)\ge w(Q_r)\). وبما أن \(A=(A+B)+B\)، فإن المعادلتين (1) و(2) تعطيان \[ w(S)=w(A+B)+w(B)\ge w(A)\ge w(Q_r)=w(Q_m). \]
إذا كان \(m=2r+1\)، فإن \(B\) تحتوي على \(Q_r\)، وكل حد مجموع آخر في \(A\) أو \(B\) له دليل أكبر من \(r\). وبعد حذف الحدود المجموعة المتكررة بترديد \(2\)، تكون كل من \(B\) و\(A+B\) إذن مجموع كثيرات حدود مختلفة من الشكل \(Q_j\)، وأصغر أدلتها هو \(r<m\). وبتطبيق فرضية الاستقراء على كل منهما نحصل على \[ w(B)\ge w(Q_r),\qquad w(A+B)\ge w(Q_r). \] وبالتالي، من (1) و(2)، \[ w(S)\ge 2w(Q_r)=w(Q_m). \]
تُتم الحالتان الاستقراء وتثبتان المتباينة المطلوبة. \(\square\)
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).