15.
Para 1≤i≤215 sea ai=2i1 y a216=22151. Sean x1,x2,…,x216 números reales positivos tales que i=1∑216xi=1 y 1≤i<j≤216∑xixj=215107+i=1∑2162(1−ai)aixi2. El máximo valor posible de x2=nm, donde m y n son enteros positivos primos entre sí. Halla m+n.
For 1≤i≤215 let ai=2i1 and a216=22151. Let x1,x2,…,x216 be positive real numbers such that i=1∑216xi=1 and 1≤i<j≤216∑xixj=215107+i=1∑2162(1−ai)aixi2. The maximum possible value of x2=nm, where m and n are relatively prime positive integers. Find m+n.
Solución:
Como ∑xi=1, tenemos 2∑i<jxixj=1−∑xi2. Duplicando la ecuación dada y reordenando, 1−i=1∑216xi2=215214+i=1∑2161−aiaixi2, así que 2151=i=1∑216(1+1−aiai)xi2=i=1∑2161−aixi2.
Ahora ∑ai=(21+⋯+22151) +22151=1, así que ∑(1−ai)=216−1=215. Por la desigualdad de Cauchy-Schwarz, 1=(i=1∑216xi)2≤(i=1∑2161−aixi2)⋅(i=1∑216(1−ai))=2151⋅215=1.
Se cumple la igualdad, así que xi es proporcional a 1−ai, forzando xi=2151−ai. El único, y por tanto máximo, valor posible de x2 es 2151−41=8603, y m+n=3+860=863.
Since ∑xi=1, we have 2∑i<jxixj=1−∑xi2. Doubling the given equation and rearranging, 1−i=1∑216xi2=215214+i=1∑2161−aiaixi2, so 2151=i=1∑216(1+1−aiai)xi2=i=1∑2161−aixi2.
Now ∑ai=(21+⋯+22151) +22151=1, so ∑(1−ai)=216−1=215. By the Cauchy-Schwarz inequality, 1=(i=1∑216xi)2≤(i=1∑2161−aixi2)⋅(i=1∑216(1−ai))=2151⋅215=1.
Equality holds, so xi is proportional to 1−ai, forcing xi=2151−ai. The only, hence maximum, possible value of x2 is 2151−41=8603, and m+n=3+860=863.