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番外 · 题谱 · 2001 · P21

2001 IMO Shortlist S21

数论 · P3/P6 · 压轴题

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2001 S21 number-theory

Let p5p \geq 5 be a prime number. Prove that there exists an integer aa with 1ap21 \leq a \leq p-2 such that neither ap11a^{p-1}-1 nor (a+1)p11(a+1)^{p-1}-1 is divisible by p2p^2 .

p5p \geq 5 为素数。证明存在一个整数 aa1ap21 \leq a \leq p-2 使得 ap11a^{p-1}-1(a+1)p11(a+1)^{p-1}-1 都不能被 p2p^2 整除。

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。2001 年 IMO Shortlist S21 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?