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番外 · 题谱 · 2024 · P2

2024 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 2024 P2 number-theory

Consider a 100×100100 \times 100 table, and identify the cell in row aa and column b,1a,b100b, 1 \leq a, b \leq 100, with the ordered pair (a,b)(a, b). Let kk be an integer such that 51k9951 \leq k \leq 99. A kk-knight is a piece that moves one cell vertically or horizontally and kk cells to the other direction; that is, it moves from (a,b)(a, b) to (c,d)(c, d) such that (ac,bd)(|a-c|,|b-d|) is either (1,k)(1, k) or (k,1)(k, 1). The kk-knight starts at cell (1,1)(1,1), and performs several moves. A sequence of moves is a sequence of cells (x0,y0)=(1,1)\left(x_{0}, y_{0}\right)=(1,1), (x1,y1),(x2,y2),,(xn,yn)\left(x_{1}, y_{1}\right),\left(x_{2}, y_{2}\right), \ldots,\left(x_{n}, y_{n}\right) such that, for all i=1,2,,n,1xi,yi100i=1,2, \ldots, n, 1 \leq x_{i}, y_{i} \leq 100 and the kk-knight can move from (xi1,yi1)\left(x_{i-1}, y_{i-1}\right) to (xi,yi)\left(x_{i}, y_{i}\right). In this case, each cell (xi,yi)\left(x_{i}, y_{i}\right) is said to be reachable. For each kk, find L(k)L(k), the number of reachable cells.

Answer: L(k)={1002(2k100)2 if k is even 1002(2k100)22 if k is odd L(k)=\left\{\begin{array}{ll}100^{2}-(2 k-100)^{2} & \text { if } k \text { is even } \\ \frac{100^{2}-(2 k-100)^{2}}{2} & \text { if } k \text { is odd }\end{array}\right..

考虑 100×100100 \times 100 表,并使用有序对 (a,b)(a, b) 标识行 aa 和列 b中的单元格,1a,b100b 中的单元格,1 \leq a, b \leq 100。令 kk 为整数,使得 51k9951 \leq k \leq 99kk-骑士是一个可以垂直或水平移动一个单元格并将 kk 个单元格移动到另一个方向的棋子;也就是说,它从 (a,b)(a, b) 移动到 (c,d)(c, d),使得 (ac,bd)(|a-c|,|b-d|) 要么是 (1,k)(1, k) 要么是 (k,1)(k, 1)kk-knight 从单元格 (1,1)(1,1) 开始,并执行多个动作。移动序列是单元格序列 (x0,y0)=(1,1)\left(x_{0}, y_{0}\right)=(1,1), (x1,y1),(x2,y2),,(xn,yn)\left(x_{1}, y_{1}\right),\left(x_{2}, y_{2}\right), \ldots,\left(x_{n}, y_{n}\right) 使得对于所有 i=1,2,n,1xi,yi100i=1,2, \ldots, n, 1 \leq x_{i}, y_{i} \leq 100 并且 kk-knight 可以从 (xi1,yi1)\left(x_{i-1}, y_{i-1}\right) 移动到 (xi,yi)\left(x_{i}, y_{i}\right)。在这种情况下,每个单元格 (xi,yi)\left(x_{i}, y_{i}\right) 被认为是可达的。对于每个 kk,找到 L(k)L(k),即可达单元格的数量。

答案:L(k)={1002(2k100)2 如果 k 是偶数 1002(2k100)22 如果 k 是奇数 L(k)=\left\{\begin{array}{ll}100^{2}-(2 k-100)^{2} & \text { 如果 } k \text { 是偶数 } \\ \frac{100^{2}-(2 k-100)^{2}}{2} & \text { 如果 } k \text { 是奇数 }\end{array}\right.

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。2024 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?