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番外 · 题谱 · 2009 · P15

2009 IMO Shortlist C8

组合 · 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 2009 C8 combinatorics

AUT For any integer n2n \geq 2, we compute the integer h(n)h(n) by applying the following procedure to its decimal representation. Let rr be the rightmost digit of nn. (1) If r=0r=0, then the decimal representation of h(n)h(n) results from the decimal representation of nn by removing this rightmost digit 0 . (2) If 1r91 \leq r \leq 9 we split the decimal representation of nn into a maximal right part RR that solely consists of digits not less than rr and into a left part LL that either is empty or ends with a digit strictly smaller than rr. Then the decimal representation of h(n)h(n) consists of the decimal representation of LL, followed by two copies of the decimal representation of R1R-1. For instance, for the number n=17,151,345,543n=17,151,345,543, we will have L=17,151,R=345,543L=17,151, R=345,543 and h(n)=17,151,345,542,345,542h(n)=17,151,345,542,345,542. Prove that, starting with an arbitrary integer n2n \geq 2, iterated application of hh produces the integer 1 after finitely many steps.

AUT 对于任何整数 n2n \geq 2,我们通过将以下过程应用于其十进制表示来计算整数 h(n)h(n)。令 rrnn 最右边的数字。 (1) 如果 r=0r=0,则 h(n)h(n) 的十进制表示形式是通过删除最右边的数字 0 从 nn 的十进制表示形式得出的。 (2) 如果 1r91 \leq r \leq 9,我们将 nn 的十进制表示形式拆分为仅由不小于 rr 的数字组成的最大右侧部分 RR 和左侧部分 LL,该部分为空或以严格小于 rr 的数字结尾。那么 h(n)h(n) 的十进制表示形式由 LL 的十进制表示形式组成,后跟 R1R-1 的十进制表示形式的两个副本。例如,对于数字 n=17,151,345,543n=17,151,345,543,我们将有 L=17,151R=345,543L=17,151、R=345,543h(n)=17,151,345,542,345,542h(n)=17,151,345,542,345,542。证明,从任意整数 n2n \geq 2 开始,迭代应用 hh 经过有限多个步骤后会产生整数 1。

提示 1

先决定对象是什么:集合、图、排列、颜色、路径,还是一次操作后的状态。

提示 2

找一个极端对象、双计数式、不变量,或把限制转成图上的局部条件。

提示 3

把局部限制累加成全局矛盾,或给出覆盖全部情形的构造。

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。2009 年 IMO Shortlist C8 可先归入组合: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?