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番外 · 题谱 · 2018 · P23

2018 IMO Shortlist N2

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 2018 N2 number-theory

Let n>1n>1 be a positive integer. Each cell of an n×nn \times n table contains an integer. Suppose that the following conditions are satisfied: (i) Each number in the table is congruent to 1 modulo nn; (ii) The sum of numbers in any row, as well as the sum of numbers in any column, is congruent to nn modulo n2n^{2}. Let RiR_{i} be the product of the numbers in the ith i^{\text {th }} row, and CjC_{j} be the product of the numbers in the jth j^{\text {th }} column. Prove that the sums R1++RnR_{1}+\cdots+R_{n} and C1++CnC_{1}+\cdots+C_{n} are congruent modulo n4n^{4}. (Indonesia)

n>1n>1 为正整数。 n×nn \times n 表的每个单元格都包含一个整数。假设满足以下条件: (i) 表中的每个数字都与 1 模 nn 全等; (ii) 任何行中的数字之和以及任何列中的数字之和都等于 nnn2n^{2}。令 RiR_{i}ith i^{\text {th }} 行中数字的乘积,CjC_{j}jth j^{\text {th }} 列中数字的乘积。证明 R1++RnR_{1}+\cdots+R_{n}C1++CnC_{1}+\cdots+C_{n}n4n^{4} 全等。 (印度尼西亚)

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。2018 年 IMO Shortlist N2 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?