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番外 · 题谱 · 2019 · P2

2019 APMO 第 2 题

数论 · P2/P5 · 中段题

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 2019 P2 number-theory

Let mm be a fixed positive integer. The infinite sequence {an}n1\left\{a_{n}\right\}_{n \geq 1} is defined in the following way: a1a_{1} is a positive integer, and for every integer n1n \geq 1 we have

an+1={an2+2m if an<2man/2 if an2ma_{n+1}= \begin{cases}a_{n}^{2}+2^{m} & \text { if } a_{n}<2^{m} \\ a_{n} / 2 & \text { if } a_{n} \geq 2^{m}\end{cases}

For each mm, determine all possible values of a1a_{1} such that every term in the sequence is an integer.

Answer: The only value of mm for which valid values of a1a_{1} exist is m=2m=2. In that case, the only solutions are a1=2a_{1}=2^{\ell} for 1\ell \geq 1.

mm 为固定正整数。无限序列 {an}n1\left\{a_{n}\right\}_{n \geq 1} 定义如下: a1a_{1} 是一个正整数,对于每个整数 n1n \geq 1 我们有

an+1={an2+2m if an<2man/2 if an2ma_{n+1}= \begin{cases}a_{n}^{2}+2^{m} & \text { if } a_{n}<2^{m} \\ a_{n} / 2 & \text { if } a_{n} \geq 2^{m}\end{cases}

对于每个 mm,确定 a1a_{1} 的所有可能值,使得序列中的每一项都是整数。

答案:a1a_{1} 存在有效值的 mm 的唯一值是 m=2m=2。在这种情况下,唯一的解决方案是 a1=2a_{1}=2^{\ell} for 1\ell \geq 1

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。2019 年 APMO P2 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?