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。
Let and be positive integers. Cathy is playing the following game. There are marbles and boxes, with the marbles labelled 1 to . Initially, all marbles are placed inside one box. Each turn, Cathy chooses a box and then moves the marbles with the smallest label, say , to either any empty box or the box containing marble . Cathy wins if at any point there is a box containing only marble .
Determine all pairs of integers such that Cathy can win this game.
令 和 为正整数。凯茜正在玩以下游戏。有 个弹珠和 个盒子,弹珠标记为 1 到 。最初,所有弹珠都放在一个盒子里。每回合,Cathy 选择一个盒子,然后将带有最小标签的弹珠(例如 )移动到任何空盒子或包含弹珠 的盒子。如果在任何时候有一个盒子只包含弹珠 ,Cathy 就会获胜。
确定所有整数对 ,使得 Cathy 能够赢得这场游戏。
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 P4 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?