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番外 · 题谱 · 2010 · P27

2010 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 2010 N5 number-theory

Let N\mathbb{N} be the set of all positive integers. Find all functions f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N} such that the number (f(m)+n)(m+f(n))(f(m)+n)(m+f(n)) is a square for all m,nNm, n \in \mathbb{N}. Answer. All functions of the form f(n)=n+cf(n)=n+c, where cN{0}c \in \mathbb{N} \cup\{0\}.

N\mathbb{N} 为所有正整数的集合。找到所有函数 f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N},使得数字 (f(m)+n)(m+f(n))(f(m)+n)(m+f(n)) 是所有 m,nNm, n \in \mathbb{N} 的平方。回答。 f(n)=n+cf(n)=n+c 形式的所有函数,其中 cN{0}c \in \mathbb{N} \cup\{0\}

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。2010 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?