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番外 · 题谱 · 2014 · P29

2014 IMO Shortlist N7

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 2014 N7 number-theory

Let c1c \geq 1 be an integer. Define a sequence of positive integers by a1=ca_{1}=c and an+1=an34can2+5c2an+ca_{n+1}=a_{n}^{3}-4 c \cdot a_{n}^{2}+5 c^{2} \cdot a_{n}+c for all n1n \geq 1. Prove that for each integer n2n \geq 2 there exists a prime number pp dividing ana_{n} but none of the numbers a1,,an1a_{1}, \ldots, a_{n-1}. (Austria)

c1c \geq 1 为整数。对于所有 n1n \geq 1,通过 a1=ca_{1}=can+1=an34can2+5c2an+ca_{n+1}=a_{n}^{3}-4 c \cdot a_{n}^{2}+5 c^{2} \cdot a_{n}+c 定义正整数序列。证明对于每个整数 n2n \geq 2 都存在一个质数 pp 除以 ana_{n},但不存在数字 a1an1a_{1}、\ldots、a_{n-1}。 (奥地利)

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。2014 年 IMO Shortlist N7 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?