灯下 登录
番外 · 题谱 · 2017 · P31

2017 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 2017 N7 number-theory

Say that an ordered pair (x,y)(x, y) of integers is an irreducible lattice point if xx and yy are relatively prime. For any finite set SS of irreducible lattice points, show that there is a homogenous polynomial in two variables, f(x,y)f(x, y), with integer coefficients, of degree at least 1 , such that f(x,y)=1f(x, y)=1 for each (x,y)(x, y) in the set SS. Note: A homogenous polynomial of degree nn is any nonzero polynomial of the form f(x,y)=a0xn+a1xn1y+a2xn2y2++an1xyn1+anyn.f(x, y)=a_{0} x^{n}+a_{1} x^{n-1} y+a_{2} x^{n-2} y^{2}+\cdots+a_{n-1} x y^{n-1}+a_{n} y^{n} .

如果 xxyy 互质,则称有序整数对 (x,y)(x, y) 是不可约格点。对于任何不可约格点的有限集 SS,证明两个变量 f(x,y)f(x, y) 中存在齐次多项式,其整数系数的次数至少为 1 ,使得对于集合 SS 中的每个 (x,y)(x, y)f(x,y)=1f(x, y)=1。注意:nn 次齐次多项式是 f(x,y)=a0xn+a1xn1y+a2xn2y2++an1xyn1+anyn形式的任何非零多项式。f(x, y)=a_{0} x^{n}+a_{1} x^{n-1} y+a_{2} x^{n-2} y^{2}+\cdots+a_{n-1} x y^{n-1}+a_{n} y^{n} 形式的任何非零多项式。

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 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?