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番外 · 题谱 · 2025 · P3

2025 CMO 第 3 题

数论 · 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 2025 P3 number-theory

Let α>1\alpha > 1 be an irrational number and LL be a integer such that L>α2α1L > \frac{\alpha^2}{\alpha - 1} . A sequence x1,x2,x_1, x_2, \cdots satisfies that x1>Lx_1 > L and for all positive integers nn , xn+1={αxnif  xnLxnαif  xn>L.x_{n+1} = \begin{cases} \left \lfloor \alpha x_n \right \rfloor & \textup{if} \; x_n \leq L \left \lfloor \frac{x_n}{\alpha} \right \rfloor & \textup{if} \; x_n > L \end{cases}.

Prove that

(i) {xn}\left\{x_n\right\} is eventually periodic.

(ii) The eventual fundamental period of {xn}\left\{x_n\right\} is an odd integer which doesn't depend on the choice of x1x_1 .

α>1\alpha > 1 为无理数,LL 为整数,使得 L>α2α1L > \frac{\alpha^2}{\alpha - 1} 。序列 x1,x2,x_1, x_2, \cdots 满足 x1>Lx_1 > L 并且对于所有正整数 nnx_{n+1} = \begin{cases} \left \lfloor \alpha x_n \right \rfloor & \textup{if} \; x_n \leq L \left \lfloor \frac{x_n}{\alpha} \right \rfloor & \textup{if} \; x_n > L \end{案例}。

证明

(i) {xn}\left\{x_n\right\} 最终是周期性的。

(ii) {xn}\left\{x_n\right\} 最终的基本周期是一个奇整数,不依赖于 x1x_1 的选择。

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 2025 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。