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番外 · 题谱 · 2018 · P25

2018 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 2018 N4 number-theory

Let a1,a2,,an,a_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n}, \ldots be a sequence of positive integers such that a1a2+a2a3++an1an+ana1\frac{a_{1}}{a_{2}}+\frac{a_{2}}{a_{3}}+\cdots+\frac{a_{n-1}}{a_{n}}+\frac{a_{n}}{a_{1}} is an integer for all nkn \geq k, where kk is some positive integer. Prove that there exists a positive integer mm such that an=an+1a_{n}=a_{n+1} for all nmn \geq m. (Mongolia)

a1,a2,,an,a_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n}, \ldots 为正整数序列,使得 a1a2+a2a3++an1an+ana1\frac{a_{1}}{a_{2}}+\frac{a_{2}}{a_{3}}+\cdots+\frac{a_{n-1}}{a_{n}}+\frac{a_{n}}{a_{1}} 为整数所有 nkn \geq k,其中 kk 是某个正整数。证明对于所有nmn \geq m,存在一个正整数mm,使得an=an+1a_{n}=a_{n+1}。 (蒙古)

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 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?