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番外 · 题谱 · 2019 · P29

2019 IMO Shortlist N5

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 2019 N5 number-theory

Let aa be a positive integer. We say that a positive integer bb is aa-good if (anb)1\binom{a n}{b}-1 is divisible by an+1a n+1 for all positive integers nn with anba n \geq b. Suppose bb is a positive integer such that bb is aa-good, but b+2b+2 is not aa-good. Prove that b+1b+1 is prime. (Netherlands)

aa 为正整数。如果对于所有具有 anba n \geq b 的正整数 nn(anb)1\binom{a n}{b}-1 能被 an+1a n+1 整除,我们就说正整数 bbaa-good。假设 bb 是正整数,使得 bbaa-good,但 b+2b+2 不是 aa-good。证明 b+1b+1 是素数。 (荷兰)

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。2019 年 IMO Shortlist N5 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?