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番外 · 题谱 · 2016 · P32

2016 IMO Shortlist N8

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 2016 N8 number-theory

Find all polynomials P(x)P(x) of odd degree dd and with integer coefficients satisfying the following property: for each positive integer nn, there exist nn positive integers x1,x2,,xnx_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n} such that 12<P(xi)P(xj)<2\frac{1}{2}<\frac{P\left(x_{i}\right)}{P\left(x_{j}\right)}<2 and P(xi)P(xj)\frac{P\left(x_{i}\right)}{P\left(x_{j}\right)} is the dd-th power of a rational number for every pair of indices ii and jj with 1i,jn1 \leq i, j \leq n.

找到所有奇数次 dd 且整数系数满足以下性质的多项式 P(x)P(x):对于每个正整数 nn,存在 nn 个正整数 x1,x2,,xnx_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n} 使得 12<P(xi)P(xj)<2\frac{1}{2}<\frac{P\left(x_{i}\right)}{P\left(x_{j}\right)}<2P(xi)P(xj)\frac{P\left(x_{i}\right)}{P\left(x_{j}\right)} 是每对索引 iijj 的有理数的 dd 次幂,其中 1i,jn1 \leq i, j \leq 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。2016 年 IMO Shortlist N8 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?