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番外 · 题谱 · 2013 · P25

2013 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 2013 N5 number-theory

Fix an integer k2k \geq 2. Two players, called Ana and Banana, play the following game of numbers: Initially, some integer nkn \geq k gets written on the blackboard. Then they take moves in turn, with Ana beginning. A player making a move erases the number mm just written on the blackboard and replaces it by some number mm^{\prime} with km<mk \leq m^{\prime}<m that is coprime to mm. The first player who cannot move anymore loses. An integer nkn \geq k is called good if Banana has a winning strategy when the initial number is nn, and bad otherwise. Consider two integers n,nkn, n^{\prime} \geq k with the property that each prime number pkp \leq k divides nn if and only if it divides nn^{\prime}. Prove that either both nn and nn^{\prime} are good or both are bad. (Italy)

修复整数 k2k \geq 2。两个玩家,Ana 和 Banana,玩以下数字游戏: 最初,一些整数 nkn \geq k 被写在黑板上。然后他们轮流采取行动,安娜开始。进行移动的玩家擦除刚刚写在黑板上的数字 mm,并将其替换为与 mm 互质的某个数字 mm^{\prime},其中 km<mk \leq m^{\prime}<m。第一个不能再移动的玩家就输了。如果 Banana 在初始数字为 nn 时有获胜策略,则整数 nkn \geq k 称为良好,否则称为不良。考虑两个整数 n,nkn, n^{\prime} \geq k,每个素数 pkp \leq k 整除 nn 当且仅当它整除 nn^{\prime}。证明 nnnn^{\prime} 要么都是好,要么都是坏。 (意大利)

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。2013 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?