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第4問

正の実数 (x1,x2,x3,x4,x5)(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5) で、(x12−x3x5)(x22−x3x5)≤0(x_1^2-x_3x_5)(x_2^2-x_3x_5)\le0、(x22−x4x1)(x32−x4x1)≤0(x_2^2-x_4x_1)(x_3^2-x_4x_1)\le0、(x32−x5x2)(x42−x5x2)≤0(x_3^2-x_5x_2)(x_4^2-x_5x_2)\le0、(x42−x1x3)(x52−x1x3)≤0(x_4^2-x_1x_3)(x_5^2-x_1x_3)\le0、(x52−x2x4)(x12−x2x4)≤0(x_5^2-x_2x_4)(x_1^2-x_2x_4)\le0 を満たすものをすべて求めよ。
ステップ 2/4: 平方に整理する
ざっくり言うと

非負の和は負になれないので、和は0でなければならない。

2∑Ii=∑cyc(xixi+1−xixi+3)2+∑cyc(xixi+2−xixi+4)2≤02\sum I_i=\sum_{cyc}(x_ix_{i+1}-x_ix_{i+3})^2+\sum_{cyc}(x_ix_{i+2}-x_ix_{i+4})^2\le0
詳しい解説

展開して 22 倍し整理すると、表示の10個の平方の和になる。右辺の各項は非負で、全体は0以下である。