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番外 · 题谱 · 2017 · P25

2017 IMO Shortlist N1

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 2017 N1 number-theory

The sequence a0,a1,a2,a_{0}, a_{1}, a_{2}, \ldots of positive integers satisfies an+1={an, if an is an integer an+3, otherwise  for every n0a_{n+1}=\left\{\begin{array}{ll} \sqrt{a_{n}}, & \text { if } \sqrt{a_{n}} \text { is an integer } \\ a_{n}+3, & \text { otherwise } \end{array} \quad \text { for every } n \geq 0\right. Determine all values of a0>1a_{0}>1 for which there is at least one number aa such that an=aa_{n}=a for infinitely many values of nn. (South Africa)

正整数序列 a0,a1,a2,a_{0}, a_{1}, a_{2}, \ldots 满足 a_{n+1}=\left\{\begin{array}{ll} \sqrt{a_{n}}, & \text { if } \sqrt{a_{n}} \text { 是整数 } \\ a_{n}+3, & \text { 否则 } \end{array} \quad \text { 对于每个 } n \geq 0\right。 确定 a0>1a_{0}>1 的所有值,其中至少有一个数字 aa,使得 an=aa_{n}=a 对于无限多个 nn 值。 (南非)

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。2017 年 IMO Shortlist N1 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?