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番外 · 题谱 · 2014 · P1

2014 APMO 第 1 题

数论 · P1/P4 · 起手题

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 2014 P1 number-theory

For a positive integer mm denote by S(m)S(m) and P(m)P(m) the sum and product, respectively, of the digits of mm. Show that for each positive integer nn, there exist positive integers a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n} satisfying the following conditions:

S(a1)<S(a2)<<S(an) and S(ai)=P(ai+1)(i=1,2,,n)S\left(a_{1}\right)<S\left(a_{2}\right)<\cdots<S\left(a_{n}\right) \text { and } S\left(a_{i}\right)=P\left(a_{i+1}\right) \quad(i=1,2, \ldots, n)

(We let an+1=a1.)\left.a_{n+1}=a_{1}.\right) (Problem Committee of the Japan Mathematical Olympiad Foundation)

对于正整数 mm,分别用 S(m)S(m)P(m)P(m) 表示 mm 的数字的和与积。证明对于每个正整数nn,都存在满足以下条件的正整数a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n}

$$

S\left(a_{1}\right)<S\left(a_{2}\right)<\cdots<S\left(a_{n}\right) \text { 和 } S\left(a_{i}\right)=P\left(a_{i+1}\right) \quad(i=1,2, \ldots, n)

$$

(设an+1=a1.)\left.a_{n+1}=a_{1}.\right)(日本数学奥林匹克基金会问题委员会)

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。2014 年 APMO P1 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?