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番外 · 题谱 · 2007 · P28

2007 IMO Shortlist N5

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 2007 N5 number-theory

Find all surjective functions f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N} such that for every m,nNm, n \in \mathbb{N} and every prime pp, the number f(m+n)f(m+n) is divisible by pp if and only if f(m)+f(n)f(m)+f(n) is divisible by pp. ( N\mathbb{N} is the set of all positive integers.) (Iran) Answer. f(n)=nf(n)=n.

找到所有满射函数 f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N},使得对于每个 mnNm、n \in \mathbb{N} 和每个素数 pp,数字 f(m+n)f(m+n) 可以被 pp 整除当且仅当 f(m)+f(n)f(m)+f(n) 可以被 pp 整除。 ( N\mathbb{N} 是所有正整数的集合。)(伊朗)答案。 f(n)=nf(n)=n

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。2007 年 IMO Shortlist N5 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?