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番外 · 题谱 · 2025 · P5

2025 APMO 第 5 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 2025 P5 number-theory

Consider an infinite sequence a1,a2,a_{1},a_{2},\ldots of positive integers such that

100!(am+am+1++an)is a multiple ofanm+1an+m100!(a_{m} + a_{m + 1} + \cdot \cdot \cdot +a_{n})\quad \mathrm{is~a~multiple~of}\quad a_{n - m + 1}a_{n + m}

for all positive integers m,nm,n such that mnm\leq n

Prove that the sequence is either bounded or linear.

Observation: A sequence of positive integers is bounded if there exists a constant NN such that an<Na_{n}< N for all nZ>0n\in \mathbb{Z}_{>0} . A sequence is linear if an=na1a_{n} = n\cdot a_{1} for all nZ>0n\in \mathbb{Z}_{>0}

考虑正整数的无限序列 a1,a2,a_{1},a_{2},\ldots ,使得

100!(am+am+1++an)是 a 多个 的anm+1an+m100!(a_{m} + a_{m + 1} + \cdot \cdot \cdot +a_{n})\quad \mathrm{是~a~多个~的}\quad a_{n - m + 1}a_{n + m}

对于所有正整数 m,nm,n 使得 mnm\leq n

证明该序列是有界的或线性的。

观察:如果存在常数 NN 使得对于所有 nZ>0n\in \mathbb{Z}_{>0}an<Na_{n}< N ,则正整数序列是有界的。如果对于所有 nZ>0n\in \mathbb{Z}_{>0}an=na1a_{n} = n\cdot a_{1},则序列是线性的

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。2025 年 APMO P5 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?