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番外 · 题谱 · 2017 · P28

2017 IMO Shortlist N4

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 N4 number-theory

Call a rational number short if it has finitely many digits in its decimal expansion. For a positive integer mm, we say that a positive integer tt is mm-tastic if there exists a number c{1,2,3,,2017}c \in\{1,2,3, \ldots, 2017\} such that 10t1cm\frac{10^{t}-1}{c \cdot m} is short, and such that 10k1cm\frac{10^{k}-1}{c \cdot m} is not short for any 1k<t1 \leq k<t. Let S(m)S(m) be the set of mm-tastic numbers. Consider S(m)S(m) for m=1,2,m=1,2, \ldots. What is the maximum number of elements in S(m)S(m) ? (Turkey)

如果一个有理数的十进制展开式中位数有限,则称该有理数为短数。对于正整数 mm,如果存在一个数字 c{1,2,3,,2017}c \in\{1,2,3, \ldots, 2017\} 使得 10t1cm\frac{10^{t}-1}{c \cdot m} 很短,并且 10k1cm\frac{10^{k}-1}{c \cdot m} 对于任何 1k<t1 \leq k<t 都不短,我们就说正整数 ttmm-tastic。令 S(m)S(m)mm-tastic 数的集合。考虑 S(m)S(m)m=1,2,m=1,2, \ldotsS(m)S(m) 中的最大元素数是多少? (火鸡)

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 N4 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?