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番外 · 题谱 · 1992 · P3

1992 APMO 第 3 题

数论 · P3/P6 · 压轴题

题面据 APMO 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

APMO 1992 P3 number-theory

Let nn be an integer such that n>3n>3. Suppose that we choose three numbers from the set {1,2,,n}\{1,2, \ldots, n\}. Using each of these three numbers only once and using addition, multiplication, and parenthesis, let us form all possible combinations.

(a) Show that if we choose all three numbers greater than n/2n / 2, then the values of these combinations are all distinct.

(b) Let pp be a prime number such that pnp \leq \sqrt{n}. Show that the number of ways of choosing three numbers so that the smallest one is pp and the values of the combinations are not all distinct is precisely the number of positive divisors of p1p-1.

nn 为整数,使得 n>3n>3。假设我们从集合 {1,2,,n}\{1,2, \ldots, n\} 中选择三个数字。这三个数字中的每一个仅使用一次,并使用加法、乘法和括号,让我们形成所有可能的组合。

(a) 证明如果我们选择所有三个大于 n/2n / 2 的数字,那么这些组合的值都是不同的。

(b) 令 pp 为质数,使得 pnp \leq \sqrt{n}。证明选择三个数字使得最小的一个是pp并且组合的值不完全不同的方式的数量正是p1p-1的正因数的数量。

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。1992 年 APMO P3 可先归入数论:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?