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番外 · 题谱 · 2021 · P3

2021 CMO 第 3 题

几何 · P3/P6 · 压轴题

题面据中国数学奥林匹克 / AoPS 可核档案整理;中文题意为本站自译,英文行为来源英译摘要,公式请以原始来源为准。

CMO 2021 P3 geometry

Let m>1m>1 be an integer. Find the smallest positive integer nn , such that for any integers a1,a2,,an;b1,b2,,bna_1,a_2,\ldots ,a_n; b_1,b_2,\ldots ,b_n there exists integers x1,x2,,xnx_1,x_2,\ldots ,x_n satisfying the following two conditions:

i) There exists i{1,2,,n}i\in \{1,2,\ldots ,n\} such that xix_i and mm are coprime

ii) i=1naixii=1nbixi0(modm)\sum^n_{i=1} a_ix_i \equiv \sum^n_{i=1} b_ix_i \equiv 0 \pmod m

m>1m>1 为整数。找到最小的正整数 nn ,使得对于任何整数 a1,a2,,an;b1,b2,,bna_1,a_2,\ldots ,a_n; b_1,b_2,\ldots ,b_n 存在整数 x1,x2,,xnx_1,x_2,\ldots ,x_n 满足以下两个条件:

i) 存在 i{1,2,,n}i\in \{1,2,\ldots ,n\} 使得 xix_imm 互质

ii) i=1naixii=1nbixi0(modm)\sum^n_{i=1} a_ix_i \equiv \sum^n_{i=1} b_ix_i \equiv 0 \pmod m

提示 1

先说出现象:哪些量会变,哪些约束不会变。

提示 2

找守恒量、相似关系、平衡条件或不变量,不急着代公式。

提示 3

把物理图景或谜题结构翻成一个最小方程组,再处理边界情况。

完整解答

题面已直接收录。先把 2021 年 CMO 第 3 题的条件整理成对象、关系、目标三部分;再沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;最后补齐边界情形,并回到原题要求核对。

这类题最怕一上来套公式。先把图景或语言条件说清楚,答案通常会少绕很多路。