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番外 · 题谱 · 2022 · P3

2022 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 2022 P3 number-theory

Find all positive integers k<202k<202 for which there exists a positive integer nn such that

{n202}+{2n202}++{kn202}=k2\left\{\frac{n}{202}\right\}+\left\{\frac{2 n}{202}\right\}+\cdots+\left\{\frac{k n}{202}\right\}=\frac{k}{2}

where {x}\{x\} denote the fractional part of xx.

Note: {x}\{x\} denotes the real number kk with 0k<10 \leq k<1 such that xkx-k is an integer.

查找所有存在正整数 nn 的正整数 k<202k<202,使得

{n202}+{2n202}++{kn202}=k2\left\{\frac{n}{202}\right\}+\left\{\frac{2 n}{202}\right\}+\cdots+\left\{\frac{k n}{202}\right\}=\frac{k}{2}

其中{x}\{x\}表示xx的小数部分。
注:{x}\{x\} 表示实数 kk,且 0k<10 \leq k<1 使得 xkx-k 为整数。

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。2022 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?