Ответы справочной службы
Буква ы после ц пишется только в суффиксах ын и ыва (царицын, подклацывать). В остальных случаях пишется и. Написание обусловлено заимствованным характером морфем с и.
Правильно: Царицыном.
Написание Ы в слове синицын обусловлено наличием согласного Ц (написание в данном случае отражает произношение): синицын, лисицын, царицын. Во всех остальных случаях в суффиксе притяжательного прилагательного пишется И, при этом написание И не зависит от того, образовано ли прилагательное от имени собственного или нарицательного, ср.: мамин, папин, дядюшкин, маменькин, ведьмин; Васин, Ленин, Петин, Наташин; кошкин, кукушкин, ласточкин.
Правильно с окончанием -ом: под Царицыном.
Справочники
§ 14. После ж, ш, ч, щ пишется буква и (и не пишется ы), напр.: жир, рыжик, межиздательский, скажи, шить, камыши, чистый, лучи, щит, ищи. Примечание В некоторых иноязычных собственных именах после ч пишется буква ы, напр.: Чыонг Тинь (вьетнамское собственное имя). § 15. После ц пишется буква и или ы. Буква ы пишется в следующих случаях: В корнях слов: цыган, цыплёнок, цыпка, цыпки, на цыпочки, на цыпочках, цыпцып, цыц, цыкать, цыркать (и в ...
....: сестрицын, лисицын, царицын, Троицын день....
....: Царицын, Голицыно....